KR20200012916A - 무선 전력 전송 박형 프로파일 코일 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
저손실 및 제조 용이성을 위해 설계된 얇은 공진 유도 무선 전력 전송 코일 어셈블리는 제 1 측면 상에 나선형으로 감긴 제 1 도체 패턴 및 제 2 측면 상에 나선형으로 감긴 제 2 도체 패턴을 갖는 하나 이상의 인쇄 회로 기판을 포함하며, 제 2 도체 패턴은 제 1 도체 패턴과 정렬되고 이로써 제 2 도체 패턴은 제 1 도체 패턴에 의해 생성된 자기 플럭스를 보강한다. 상기 제 1 도체 패턴 및 상기 제 2 도체 패턴은 동일한 방향으로 플럭스 투과를 제공하도록 서로에 대해 배치된다. 이러한 인쇄 회로 기판들 중 하나 이상은 전도성 권선 층, 페라이트 플럭스 방향 전환 층, 컨포멀한 간격 층, 와전류 쉴드 층 및 어셈블리 인클로저를 갖는 무선 전력 전송 코일 어셈블리를 형성한다.
Description
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 5월 30일 출원된 미국 가특허 출원 제62/512,544호에 대한 우선권을 주장한다. 그 출원의 내용은 본원에 참고로 포함된다.
본 특허 출원은 자기 공진 유도(magnetic resonant induction)의 사용을 통한 무선 충전에 관한 무선 전력 전송 코일 어셈블리를 기술한다. 본원에 기술된 무선 전력 전송 코일 어셈블리는 송신 무선 전력 전송 장치의 일부로서 또는 수신 무선 전력 전송 장치의 일부로서 사용될 수 있다.
공진 유도 무선 충전은 공통 코일 축을 따라 변위되는 두 개의 동심 코일로 구성된 에어 코어 변압기(air core transformer)를 이용한다. 전력은 두 개의 전송 코일 사이의 자기 플럭스 연결(magnetic flux linkage)에 의해 상기 송신 장치로부터 상기 수신 장치로 전송된다. 1 차 코일에 흐르는 고주파수 교류 전류는 2 차 코일에 교류 전류를 유도한다.
무선 전력 전송 동작 주파수는 일반적으로 20kHz 이상인 라인 주파수보다 상당히 높기 때문에, 솔리드 와이어(solid wire)는 스킨 효과(skin effect)로 인해 직류와 관련한 AC 손실을 크게 상승시켰다. AC 저항을 제한하기 위해, 무선 전력 전송 코일 도체들은 일반적으로 병렬로 연결된 다수의 독립적으로 절연된 작은 직경의 도체로서 구현되며, 이들은 일반적으로 함께 수집되어 로프 레이 구성(rope lay configuration)으로 된다. 이러한 타입의 와이어는 리츠(Litz) 와이어로 지칭된다. 리츠 와이어는 본 출원에서 여러 가지 단점을 갖는다. 리츠 와이어는 개별 와이어들 간의 공극 간격과 개별 와이어 절연체가 단면의 상당 부분을 차지하는 것으로 인해 단면적의 이용률이 낮다. 절연체 및 공극 간격의 볼륨들은 리츠 번들(Litz bundle) 내부로부터의 열 제거를 어렵게 한다. 마지막으로, 리츠 와이어는 비용이 많이 들고, 리츠 와이어와 관련된 어셈블리 동작, 특히 와이어 형성 및 커넥터 부착은 노동 집약적이다.
리츠 와이어의 불리한 사용을 회피하는 공진 유도 전송 코일들을 설계하고 구성하는 방법이 요구된다.
공진 유도 무선 전력 전송 코일은 내후성 인클로저(weatherproof enclosure) 내부의 플럭스 가이딩 페라이트 자기 재료(flux guiding ferrite magnetic material) 층에 의해 지지되는 인쇄 회로 기판을 포함한다. 추가의 컴포넌트들은 공진 캐패시터들, 정류기들, 및 상기 내후성 인클로저에 포함된 정류 후 리플 필터들(post-rectification ripple filters)을 포함한다. 다수의 독립적인 개별 인쇄 회로 기판 트레이스들은 종래의 전송 코일에 존재하는 다수의 독립적인 리츠 와이어 도체들에 대응한다. 트레이스 폭은 도체 와전류들 및 근접성 효과들을 최소화하기 위해 선택된다. 전체 트레이스 패턴은 다수의 트레이스들 간의 전류 공유를 보장한다. 본원에 설명된 결과적인 평면 나선형 인덕터는 낮은 AC 저항을 가지며, 종래의 인쇄 회로 기판으로서 쉽고 저렴하게 제조될 수 있다.
샘플 실시예들은 무선 전력 전송 코일을 포함하되, 이 무선 전력 전송 코일은 제 1 측면 및 제 2 측면을 갖는 인쇄 회로 기판; 상기 인쇄 회로 기판의 제 1 측면 상에 나선형으로 감긴 제 1 복수의 도체들을 포함하는 제 1 도체 패턴; 및 상기 인쇄 회로 기판의 제 2 측면 상에 나선형으로 감긴 제 2 복수의 도체들을 포함하는 제 2 도체 패턴을 포함하며, 상기 제 2 도체 패턴은 상기 제 1 도체 패턴과 정렬되며, 이에 의해 상기 제 2 도체 패턴은 상기 제 1 도체 패턴에 의해 생성된 자기 플럭스를 보강하게 된다. 샘플 실시예들에서, 상기 제 1 도체 패턴 및 상기 제 2 도체 패턴은 동일한 방향으로 플럭스 투과(flux transmission)를 제공하도록 서로에 대해 배치된다. 제 1 도체 패턴 및 제 2 도체 패턴의 각각의 도체들을 전기적으로 연결하기 위해 적어도 하나의 전기 연결부가 제공될 수 있다. 상기 전기 연결부는 상기 인쇄 회로 기판을 관통하는 적어도 하나의 관통홀(throughhole)을 포함할 수 있거나, 또는 클램프, 러그, 및 단자 중 적어도 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 관통홀들은 또한 도금된 오프셋 관통홀들일 수 있다.
샘플 실시예들에서, 상기 제 1 도체 패턴 및 상기 제 2 도체 패턴은 정사각형의 편평한 평면 나선형으로 구성된 적어도 두 개의 도체 턴들(turns)을 포함하고, 상기 제 1 복수의 도체 및 상기 제 2 복수의 도체의 각각은 적어도 두 개의 독립적인 도체들을 포함한다.
트레이스 두께는 AC 저항에 기여하므로 동작 주파수에서의 스킨 깊이(skin depth)에 의해 제한된다. 공진 유도 무선 전력 동작 주파수에서의 스킨 깊이(δ)는 
에 의해 주어지며, 여기서 σ는 옴 미터(Ohm-Meters)의 도체 저항률이고, ω는 초당 라디안 단위의 동작 주파수이며, μ는 도체의 투자율(magnetic permeability)이다.
트레이스 폭은 허용 도체 와전류들에 의해 제한된다. 균일한 자기장에서 전도성 요소의 와전류 손실들은 
이며; 여기서 B는 피크 자기장, d는 자기장 벡터에 수직인 전도성 요소의 최소 치수, f는 동작 주파수(Hz), ρ는 전도성 요소의 저항률, P는 단위 볼륨당 전력 손실이다. 트레이스 간 간격은 트레이스 간 전압이 0에 가까워짐에 따라 제조 능력으로 최소화된다. 턴 간 근접성 효과들(turn-to-turn proximity effects)은 트레이스 간 근접성 효과들(trace-to-trace proximity effects)을 최소화한다. 턴 간 간격(turn-to-turn spacing)은 턴 간 전압(turn-to-turn voltage)에 의해 허용되는 한계치들로 최소화된다.
상기 무선 전력 전송 코일은 상기 제 1 도체 패턴 및 상기 제 2 도체 패턴의 중심에서 또는 상기 제 1 도체 패턴 및 상기 제 2 도체 패턴의 외부 가장자리 및 상기 인쇄 회로 기판의 외부 가장자리에서 코일 단자들 및 연관된 관통홀들을 추가로 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 전송 코일은 또한 상기 제 1 도체 패턴 및 상기 제 2 도체 패턴을 갖는 2n 층들을 포함한 다층 코일 스택을 포함할 수 있으며, 여기서 n은 양의 정수이다. n=1인 제 1 구성에서, 상기 다층 코일 스택은 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 1 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 2 도체 패턴, 및 상기 제 1 도체 패턴과 상기 제 2 도체 패턴 사이에 제공된 차동 모드 유전체를 포함한다.
n=2인 다른 실시예들에서, 상기 다층 코일 스택은 제각기 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 1 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 2 도체 패턴, 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 3 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 4 도체 패턴, 상기 제 1 도체 패턴과 상기 제 2 도체 패턴 사이에 제공된 제 1 차동 모드 유전체, 상기 제 3 도체 패턴과 상기 제 4 도체 패턴 사이에 제공된 제 2 차동 모드 유전체, 및 상기 제 2 도체 패턴과 상기 제 3 도체 패턴 사이에 제공된 제 3 차동 모드 유전체를 포함한다.
대안적인 구성에서, 상기 다층 코일 스택은 제각기 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 1 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 2 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 3 도체 패턴, 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 4 도체 패턴, 상기 제 1 도체 패턴과 상기 제 2 도체 패턴 사이에 제공된 제 1 차동 모드 유전체, 상기 제 3 도체 패턴과 상기 제 4 도체 패턴 사이에 제공된 제 2 차동 모드 유전체, 및 상기 제 2 도체 패턴과 상기 제 3 도체 패턴 사이에 제공된 공통 모드 유전체를 포함한다.
또 다른 구성에서, 상기 다층 코일 스택은 제각기 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 1 도체 패턴, 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 2 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 3 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 4 도체 패턴, 상기 제 1 도체 패턴과 상기 제 2 도체 패턴 사이에 제공된 제 1 공통 모드 유전체, 상기 제 3 도체 패턴과 상기 제 4 도체 패턴 사이에 제공된 제 2 공통 모드 유전체, 및 상기 제 2 도체 패턴과 상기 제 3 도체 패턴 사이에 제공된 차동 모드 유전체를 포함한다.
상기 다층 코일 스택은 각각의 인쇄 회로 기판의 제각기의 도체 패턴들의 독립적인 단자 쌍들에의 연결을 가능하게 하기 위해 각각의 인쇄 회로 기판의 가장자리를 따라 오프셋된 독립적인 탭들로서 구현된 단자들을 추가로 포함할 수 있다. 비아들 또는 단자들은 또한 제각기의 기판들의 중간을 통해 제각기의 도체 패턴들을 연결하도록 제공될 수 있다. 제 2 단자들은 또한 각각의 인쇄 회로 기판의 제각기의 도체 패턴들의 독립적인 단자 쌍들에의 연결을 가능하게 하기 위해 각각의 인쇄 회로 기판의 중심을 따라 오프셋된 독립적인 탭들로서 구현될 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 단자들은 각각의 인쇄 회로 기판의 제각기의 도체 패턴들의 독립적인 단자 쌍들에의 연결을 가능하게 하기 위해 각각의 인쇄 회로 기판의 중심을 따라 오프셋된 독립적인 탭들로서 구현될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 비아들 또는 단자들은 제각기의 회로 기판의 외부 가장자리를 통해 제각기의 도체 패턴들을 연결할 수 있다.
상기 차동 모드 유전체들은 도체들 간의 최대 전압 차이를 견딜 수 있어야 한다. 샘플 실시예들에서, 상기 공통 모드 유전체들은 상기 공통 모드 유전체들을 가로 지르는 전압들이 0에 가까워지기 때문에 제조 공차들로 최소화될 수 있다.
상기 무선 전력 전송 코일은, 인클로저, 페라이트 층, 및 와전류 쉴드를 추가로 포함하는 무선 전력 전송 코일 어셈블리에 통합될 수 있다. 샘플 실시예들에서, 상기 무선 전력 전송 코일, 페라이트 층, 및 와전류 쉴드는 상기 인클로저 내에 병렬로 배치된다.
상기 페라이트 층은, 일정한 두께의 페라이트 바들(bars), 타일들(tiles), 또는 플레이트들(plates)에 본딩되어 페라이트 바들을 단일 어셈블리로서 함께 유지하기 위한 페라이트 백킹층(ferrite backing layer)을 포함할 수 있으며, 페라이트의 타일링 밀도(tiling density)는 상기 무선 전력 전송 코일의 중심 근처에서는 연속적이거나 준 연속적이며 및 상기 타일링 밀도는 상기 무선 전력 전송 코일의 주변부(perimeter)에 접근함에 따라 점진적으로 감소된다. 대안적으로, 상기 페라이트 층은, 바인딩 재료와 결합되고 중심에서 더 두껍고 주변부에서 더 얇은 복합 페라이트 층을 형성하도록 사출 성형되는 페라이트 분말을 포함한 복합 자기 구조(composite magnetic structure)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 와전류 쉴드는 상기 페라이트 층에 의해 방향 전환되지 않은 잔류 자기 플럭스를 가로 채서 소멸시키도록 적응되는 유전체 기판 상에 퇴적된 전기 전도성 시트 또는 전도성 필름을 포함할 수 있다. 상기 어셈블리는 또한 상기 인클로저와 상기 무선 전력 전송 코일 사이, 상기 무선 전력 전송 코일과 상기 페라이트 층 사이, 및 상기 페라이트 층과 상기 와전류 쉴드 사이에 배치된 기계적으로 컨포멀한 전기적 비 전도성 층들을 포함할 수 있다. 이들 전기적 비 전도성 층들은 상기 무선 전력 전송 코일 및 상기 페라이트 층에 대한 기계적 지지, 열 제거, 및 물리적 간격을 제공하도록 적응된다.
샘플 실시예들에서, 상기 인클로저는 전력 제어, 통신 및/또는 센서 전자 기기를 포함하는 인클로징된 볼륨을 추가로 포함한다. 회로는 공진 캐패시터들, 전력 제어 회로, 통신 회로, 및 물체 검출 기능을 제공하도록 구성된 회로를 포함할 수 있다. 공진 캐패시터들은 상기 페라이트 층과 상기 인클로저 사이에 위치된 추가 층으로서 구현된 얇은 다층의 금속화된 유전체 시트의 형태일 수 있다. 대안적으로, 공진 캐패시터들은 상기 페라이트 층의 낮은 전계 강도 측에 위치한 얇은 대면적의 금속화된 유전체 필름들의 형태일 수 있다.
다른 샘플 실시예들에서, 상기 무선 전력 전송 코일들 중 적어도 두 개는 병렬로 적층 및 연결되어 권선 전류 용량을 증가시키거나 직렬로 적층 및 연결되어 권선 인덕턴스를 증가시킬 수 있다.
대안적인 실시예들에서, 센서 애퍼처(sensor aperture)는 상기 무선 전력 전송 코일의 중심에 위치하고, 센서 전자 기기를 포함하면서 상기 무선 전력 전송 코일 어셈블리의 제각기의 측면들로/로부터 센서 또는 통신 신호들의 양방향 통과를 허용한다. 센서 전자 기기는 감지 및 통신을 위해 광 파이프, 음향 도파관, 전자기 도파관, 또는 유전체 도파관을 포함할 수 있다. 또한, 샘플 실시예들에서, 상기 전자기 도파관은 와전류들의 발생을 회피하도록 적응되는 고역 통과 또는 대역 통과 주파수 선택적 표면들을 가질 수 있다. 또한, 상기 유전체 도파관은 와전류 발생을 회피하도록 적응되는 단일 와이어 Goubau 전송 라인으로서 구현될 수 있다.
다른 대안적인 실시예들에서, 상기 인쇄 회로 기판은 동작 주파수에서 제 1 도체 패턴의 스킨 깊이의 4 배 이하의 두께를 갖는 편평한 나선형의 전도성 테이프로 대체될 수 있으며, 여기서 공진 유도 무선 전력 동작 주파수에서의 스킨 깊이(δ)는 
로 주어지며, 여기서 σ는 옴 미터(Ohm-Meters)의 도체 저항률이고, ω는 초당 라디안 단위의 동작 주파수이며, μ는 도체의 투자율이다.
도 1a는 샘플 실시예들에 따라 중심 공급 양면 인쇄 회로 기판(center-fed double sided printed circuit board)으로서 구현된 공진 유도 무선 전력 전송 코일의 상부 측 트레이스 패턴을 도시한다.
도 1b는 상부 측을 통해 관측되는 도 1a의 공진 유도 무선 전력 전송 코일의 하부 측 패턴을 도시한다.
도 1c는 도 1a 및 도 1b의 중첩된 상부 측 및 하부 측 패턴들을 도시한다.
도 2a는 샘플 실시예들에 따라 외부 가장자리 공급 양면 인쇄 회로 기판으로서 구현된 공진 유도 무선 전력 전송 코일의 상부 측 트레이스 패턴을 도시한다.
도 2b는 상부 측을 통해 관측되는 도 2a의 공진 유도 무선 전력 전송 코일의 하부 측 패턴을 도시한다.
도 2c는 도 2a 및 도 2b의 중첩된 상부 측 및 하부 측 패턴들을 도시한다.
도 3a 내지 도 3h는 상부 측을 통해 관측되는, 샘플 실시예들에 따라 8-층 인쇄 회로 기판으로서 구현되는 외부 가장자리 종단형 다층 멀티-도체 코일로서 구현된 공진 유도 무선 전력 전송 코일의 제각기의 층들에 대한 개별 도체 패턴들을 도시한다.
도 3i는 도 3a 내지 도 3h의 직사각형 평면 코일들의 복합 8-층 스택을 상부 측으로부터 중첩된 층들을 통해 바라본 도면이다.
도 3j는 오프셋 도금된 관통홀들을 갖는 도 3a 내지 도 3h의 직사각형 평면 코일들의 복합 8-층 스택의 샘플 실시예를 도시한다.
도 4a는 n=1인 2n 층을 포함한 샘플 다층 코일 스택의 단면도를 도시한다.
도 4b는 교번하는 순방향 및 복귀 전류 경로 도체들을 갖는 기본 4-층 코일(n=2)을 도시한다.
도 4c는 차동 모드 유전체들과 외부 층들 상의 순방향 전류 경로들 및 내부 층들 상의 복귀 전류 경로들을 갖는 기본 4-층 코일(n=2)을 도시한다.
도 4d는 공통 모드 유전체들을 갖는 비-인터리빙된 도체들을 갖는 기본 4-층 코일(n=2)을 도시한다.
도 5a는 샘플 실시예들에서 도 1 내지 도 4에 도시된 타입의 다수의 독립적인 다중 탭 다층 평면 코일들로 구성되고 외부 가장자리 종단을 갖는 코일 스택의 사시도를 도시한다.
도 5b는 샘플 실시예들에서 도 1 내지 도 4에 도시된 타입의 다수의 독립적인 다중 탭 다층 평면 코일들로 구성되고 중심 공급 종단을 갖는 코일 스택의 사시도를 도시한다.
도 5c는 샘플 실시예들에서 도 1 내지 도 4에 도시된 타입의 다수의 독립적인 멀티탭 다층 평면 코일들로 구성되고 외부 가장자리 및 중심 공급 종단들을 갖는 코일 스택의 사시도를 도시한다.
도 6a는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현(distributed lumped-element electrical representation)의 종단되지 않은 2-층 병렬 코일들을 도시한다.
도 6b는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단되지 않은 4-층 인터리빙된 병렬 코일들을 도시한다.
도 6c는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단되지 않은 4-층 인터리빙된 병렬 코일들의 대안적인 배열을 도시한다.
도 6d는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단되지 않은 4-층 비-인터리빙된 병렬 코일들을 도시한다.
도 6e는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단된 2-층 병렬 코일들을 도시한다.
도 6f는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단된 4-층 인터리빙된 병렬 코일들을 도시한다.
도 6g는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단된 4-층 인터리빙된 병렬 코일들의 대안적인 배열을 도시한다.
도 6h는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단된 4-층 비-인터리빙된 병렬 코일들을 도시한다.
도 6i는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단되지 않은 4-층 인터리빙된 직렬 코일들을 도시한다.
도 6j는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단된 4-층 인터리빙된 직렬 코일들을 도시한다.
도 7은 샘플 실시예들에 따른 차량 측 전송 코일 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 8은 대안적인 실시예에 따른 차량 측 전송 코일 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 9는 샘플 실시예에 따라 센서 애퍼처가 추가된 차량 측 전송 코일 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 10은 대안적인 실시예에 따라 센서 애퍼처가 추가된 차량 측 전송 코일 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 1b는 상부 측을 통해 관측되는 도 1a의 공진 유도 무선 전력 전송 코일의 하부 측 패턴을 도시한다.
도 1c는 도 1a 및 도 1b의 중첩된 상부 측 및 하부 측 패턴들을 도시한다.
도 2a는 샘플 실시예들에 따라 외부 가장자리 공급 양면 인쇄 회로 기판으로서 구현된 공진 유도 무선 전력 전송 코일의 상부 측 트레이스 패턴을 도시한다.
도 2b는 상부 측을 통해 관측되는 도 2a의 공진 유도 무선 전력 전송 코일의 하부 측 패턴을 도시한다.
도 2c는 도 2a 및 도 2b의 중첩된 상부 측 및 하부 측 패턴들을 도시한다.
도 3a 내지 도 3h는 상부 측을 통해 관측되는, 샘플 실시예들에 따라 8-층 인쇄 회로 기판으로서 구현되는 외부 가장자리 종단형 다층 멀티-도체 코일로서 구현된 공진 유도 무선 전력 전송 코일의 제각기의 층들에 대한 개별 도체 패턴들을 도시한다.
도 3i는 도 3a 내지 도 3h의 직사각형 평면 코일들의 복합 8-층 스택을 상부 측으로부터 중첩된 층들을 통해 바라본 도면이다.
도 3j는 오프셋 도금된 관통홀들을 갖는 도 3a 내지 도 3h의 직사각형 평면 코일들의 복합 8-층 스택의 샘플 실시예를 도시한다.
도 4a는 n=1인 2n 층을 포함한 샘플 다층 코일 스택의 단면도를 도시한다.
도 4b는 교번하는 순방향 및 복귀 전류 경로 도체들을 갖는 기본 4-층 코일(n=2)을 도시한다.
도 4c는 차동 모드 유전체들과 외부 층들 상의 순방향 전류 경로들 및 내부 층들 상의 복귀 전류 경로들을 갖는 기본 4-층 코일(n=2)을 도시한다.
도 4d는 공통 모드 유전체들을 갖는 비-인터리빙된 도체들을 갖는 기본 4-층 코일(n=2)을 도시한다.
도 5a는 샘플 실시예들에서 도 1 내지 도 4에 도시된 타입의 다수의 독립적인 다중 탭 다층 평면 코일들로 구성되고 외부 가장자리 종단을 갖는 코일 스택의 사시도를 도시한다.
도 5b는 샘플 실시예들에서 도 1 내지 도 4에 도시된 타입의 다수의 독립적인 다중 탭 다층 평면 코일들로 구성되고 중심 공급 종단을 갖는 코일 스택의 사시도를 도시한다.
도 5c는 샘플 실시예들에서 도 1 내지 도 4에 도시된 타입의 다수의 독립적인 멀티탭 다층 평면 코일들로 구성되고 외부 가장자리 및 중심 공급 종단들을 갖는 코일 스택의 사시도를 도시한다.
도 6a는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현(distributed lumped-element electrical representation)의 종단되지 않은 2-층 병렬 코일들을 도시한다.
도 6b는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단되지 않은 4-층 인터리빙된 병렬 코일들을 도시한다.
도 6c는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단되지 않은 4-층 인터리빙된 병렬 코일들의 대안적인 배열을 도시한다.
도 6d는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단되지 않은 4-층 비-인터리빙된 병렬 코일들을 도시한다.
도 6e는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단된 2-층 병렬 코일들을 도시한다.
도 6f는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단된 4-층 인터리빙된 병렬 코일들을 도시한다.
도 6g는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단된 4-층 인터리빙된 병렬 코일들의 대안적인 배열을 도시한다.
도 6h는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단된 4-층 비-인터리빙된 병렬 코일들을 도시한다.
도 6i는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단되지 않은 4-층 인터리빙된 직렬 코일들을 도시한다.
도 6j는 평면 코일들의 분산형 럼프 요소 전기 표현의 종단된 4-층 인터리빙된 직렬 코일들을 도시한다.
도 7은 샘플 실시예들에 따른 차량 측 전송 코일 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 8은 대안적인 실시예에 따른 차량 측 전송 코일 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 9는 샘플 실시예에 따라 센서 애퍼처가 추가된 차량 측 전송 코일 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 10은 대안적인 실시예에 따라 센서 애퍼처가 추가된 차량 측 전송 코일 어셈블리의 단면도를 도시한다.
본원에 기술된 무선 전력 전송 코일 어셈블리 및 연관된 방법은 본 개시 내용의 일부를 형성하는 첨부 도면들 및 예들과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다. 본 설명은 본원에 설명된 및/또는 도시된 특정 제품들, 방법들, 조건들 또는 파라미터들에 제한되지 않으며, 본원에 사용된 용어는 단지 예로써 특정 실시예들을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 임의의 청구된 요지를 제한하는 것으로 의도되는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 유사하게, 개선을 위한 액션 또는 이유의 가능한 메커니즘 또는 모드에 대한 임의의 설명은 단지 예시적인 것으로만 의도되며, 본원에 기술된 요지는 개선을 위한 그러한 액션 또는 이유의 임의의 제안된 메커니즘 또는 모드의 정확성 또는 부정확성에 의해서는 제한되지 않는다. 본 명세서 전체에서, 본 설명들은 방법들 및 그러한 방법들을 구현하기 위한 시스템/소프트웨어 모두에 대해 언급하는 것으로 인식된다.
예시적인 실시예들의 상세한 설명은 이제 도 1 내지 도 10을 참조하여 기술될 것이다. 본 설명이 가능한 구현예들의 상세한 예를 제공하지만, 이들 세부 사항은 예시적인 것이며 본 발명의 요지의 범위를 제한하는 것은 결코 아니라는 것에 주목해야 한다.
도 1은 정사각형의 편평한 평면 나선형으로 구성된 
턴들을 갖는 중심 공급 양면 인쇄 회로 기판 공진 유도 무선 전력 전송 코일을 포함하는 비-자기 공진 코일(non-self-resonating coil) 구조를 나타낸다. 샘플 실시예들에서, 무선 전력 전송 코일은 적어도 2 개의 턴을 갖는다. 도 1a는 4 개의 독립적인 도체들로 구성된 상부 측 도체 패턴(100)을 도시하지만, 2 개 이상의 독립적인 도체들이 사용될 수 있다. 도 1b는 인쇄 회로 기판을 통해 본 하부 측 도체 패턴(101)을 도시한다. 하부 측 도체 패턴(101)은 수직 중심선을 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 뒤집어지고 시계 방향으로 90도 회전된 상부 측 도체 패턴과 동일하다. 도체 패턴들(100, 101)은 동일하고 뒤집어질 필요는 없음이 이해될 것이다. 그러나, 상부 측 도체 패턴(100)과 하부 측 도체 패턴(101)은 서로에 의한 각각의 패턴에 의해 생성된 플럭스를 보강함으로써 자기 플럭스 발생을 최대화하도록 충분히 정렬되어야 한다. 도 1c는 중첩된 상부 측 및 하부 측 패턴들(102)을 도시한다. 도금된 관통홀들(103)(통상적으로 비아들(vias)이라고도 함)은 상부 측 트레이스 패턴(100) 및 하부 측 트레이스 패턴(101)을 전기적으로 연결할 수 있다. 코일 단자들 및 연관된 도금된 관통홀들(104)은 상기 코일(102)의 중심에 도시되어 있다. 코일 공진 캐패시터들과 같은 오프 보드(off board) 컴포넌트들에의 연결부는 다수의 병렬이지만 독립적인 도체들에 의해 달성될 수 있으며, 이로써 유리한 평면의 다수의 독립적인 도체 구조를 확장시킬 수 있다. 자기 공진 코일(self-resonating coil)의 경우, 단자들(104)은 전력에 직접 연결되며, 비-자기 공진 코일에서, 단자들은 공진 캐패시터들에 연결된다. 또한, 대안적인 실시예들에서, 상부 및 하부 층들(100, 101) 사이의 연결부는 도금된 관통홀들(103) 대신에 클램프, 러그, 또는 단자와 같은 전기 구조들로서 구현될 수 있다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 상부 측 도체들은 대응하는 하부 측 도체들 위에 직접 배치되며, 그러한 배치가 가능한 경우 균일한 플럭스 투과가 가능하게 되고 상부 및 하부 권선은 동일한 플럭스 분포를 가로 채게 된다. 결과는 2 개의 층 및 총 
턴들을 갖는 대칭적인 편평한 나선형 인덕터(102)가 된다. 전류가 상부(100) 및 하부(101) 섹션에서 동일한 방향으로 흐르기 때문에, 상부 및 하부 층들에 의해 생성된 자기 플럭스는 보강된다. 이 예에서, 전류가 상부 도체 층 단자들(104)로 공급되면, 전류는 상부로부터 기판을 볼 때 시계 방향으로 흐르게 된다. 하부 도체 층 단자들(104)로 전류가 공급되면, 전류는 반 시계 방향으로 흐르게 된다. 상부 및 하부 나선형들을 연결하면 턴들의 수는 두 배로 되고 총 인덕턴스는 4 배로 증가하게 된다.
도 2는 정사각형의 편평한 평면 나선형으로 구성된 
턴들을 갖는 외부 가장자리 공급 양면 인쇄 회로 기판 공진 유도 무선 전력 전송 코일을 포함하는 비-자기 공진 코일(non-self-resonating coil) 구조의 예이다. 샘플 실시예들에서, 무선 전력 전송 코일은 적어도 2 개의 턴을 갖는다. 도 2a는 4 개의 독립적인 도체들로 구성된 상부 측 도체 패턴(200)을 도시하지만, 2 개 이상의 독립적인 도체들이 사용될 수 있다. 도 2b는 인쇄 회로 기판을 통해 본 하부 측 도체 패턴(201)을 도시한다. 하부 측 도체 패턴(201)은 수직 중심선을 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 뒤집어지고 시계 방향으로 90도 회전된 상부 측 도체 패턴과 동일하다. 도체 패턴들(200, 201)은 동일하고 뒤집어질 필요는 없음이 이해될 것이다. 도 2c는 중첩된 상부 측 및 하부 측 패턴들(202)을 도시한다. 도금된 관통홀들(103)(통상적으로 비아들이라고도 함)은 상부 측 트레이스 패턴(200) 및 하부 측 트레이스 패턴(201)을 전기적으로 연결할 수 있다. 코일 단자들 및 연관된 도금된 관통홀들(103)은 상기 코일(202)의 외부 가장자리에 도시되어 있다. 코일 공진 캐패시터들과 같은 오프 보드(off board) 컴포넌트들에의 연결부는 다수의 병렬이지만 독립적인 도체들(104)에 의해 달성될 수 있으며, 이로써 유리한 평면의 다수의 독립적인 도체 구조를 확장시킬 수 있다. 자기 공진 코일의 경우, 단자들(104)은 전력에 직접 연결되며, 비-자기 공진 코일에서, 단자들은 공진 캐패시터들에 연결된다. 또한, 상부 및 하부 층들 사이의 연결부는 도금된 관통홀들(103) 대신에 클램프, 러그, 또는 단자와 같은 전기 구조로서 구현될 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 상부 측 도체들(200)은 대응하는 하부 측 도체들(201) 위에 직접 배치되며, 그러한 배치가 가능한 경우 균일한 플럭스 투과가 가능하게 되고 상부 및 하부 권선은 동일한 플럭스 분포를 가로 채게 된다. 결과는 2 개의 층 및 총 
턴들을 갖는 대칭적인 편평한 나선형 인덕터(202)가 된다. 전류가 상부(200) 및 하부(201) 섹션에서 동일한 방향으로 흐르기 때문에, 상부 및 하부 층들에 의해 생성된 자기 플럭스는 보강된다. 이 예에서, 전류가 상부 도체 층 단자들(104)로 공급되면, 전류는 상부로부터 기판을 볼 때 반 시계 방향으로 흐르게 된다. 하부 도체 층 단자들(104)로 전류가 공급되면, 전류는 시계 방향으로 흐르게 된다. 상부 및 하부 나선형들을 연결하면 턴들의 수는 두 배로 되고 총 인덕턴스는 4 배로 증가하게 된다.
도 1 및 도 2의 실시예들에서, 단일 권선 도체를 구성하기 위해 병렬로 동작하는 트레이스들의 수는 동작 주파수, 트레이스 재료 전도율, 및 동작 전류에 의해 결정된다. 좁은 트레이스 폭들은 트레이스 폭 치수들에서 도체 와전류들을 제한하고, 또한 개별 트레이스 단면들에 걸쳐 균일한 전류 밀도를 유지한다. 균일한 자기장에서 전도성 요소의 와전류 손실들은 
이며; 여기서 B는 피크 자기장, d는 자기장 벡터에 수직인 전도성 요소의 최소 치수, f는 동작 주파수(Hz), ρ는 전도성 요소의 저항률, P는 단위 볼륨당 전력 손실이다.
트레이스 두께는 AC 저항에 기여하므로 동작 주파수에서의 스킨 깊이에 의해 제한된다. 전형적인 공진 유도 무선 전력 주파수들에서의 스킨 깊이(δ)는 
에 의해 주어지며, 여기서 σ는 옴 미터의 도체 저항률이고, ω는 초당 라디안 단위의 동작 주파수이며, μ는 트레이스 재료의 투자율이다.
병렬 트레이스들의 수는 지정된 트레이스 단면적 및 환경 조건들에 대한 트레이스의 동작 전류 및 전류 용량에 의해 결정된다. 도 1 및 도 2는 4 개의 병렬 도체들을 사용하는 실시예들을 도시하지만 임의의 수가 사용될 수 있다. 턴 앙상블(turn ensemble) 내에서 인접한 트레이스 간 분리 거리(trace-to-trace separation distance)는 작을 수 있으며, 인쇄 회로 기판 제조 설계 규칙들에 의해서만 제한되는데, 그 이유는 동일한 턴 앙상블 내에서 트레이스 대 인접 트레이스 간 전압들(trace-to-adjacent-trace voltages)이 제로에 가까워지기 때문이다. 도체 앙상블들 간의 턴 간 간격(turn-to-turn spacing)은 인접한 턴 간의 적절한 전압 분리를 제공하기에 충분해야 한다. 턴 간 전압(turn-to-turn voltage)은 턴 직경들(turn diameters)의 비율에 비례한다. 인쇄 회로 기판 유전체 층 두께는 유전체 파괴를 방지하기에 충분해야 한다.
상부 측 도체 패턴(200)의 보다 긴 외부 도체들은 하부 측 도체 패턴(201)의 보다 짧은 내부 도체들에 연결된다. 이러한 방식으로 내부에서 외부로의 도체들을 교환하면 도체 길이와 인덕턴스가 동일해지게 된다. 길이와 인덕턴스가 동일하면 저항과 리액턴스가 동일해져 도체들 간의 전류 분포가 동일해진다. 상부 측 및 하부 측 도체들은 중첩된다. 자기 플럭스는 도체 간 갭들(inter-conductor gaps)을 통해 흐르게 된다. 샘플 실시예들에서, 모든 도체 트레이스들의 길이는 동일하다.
후술되는 바와 같이, 도 1 및 도 2에 도시된 2-층 구조는 2n-층으로 확장될 수 있으며, 여기서 n은 임의의 양의 정수 값이다. 2n-층 코일 구조는 코일 층들 간의 캐패시턴스를 설계함으로써 자기 공진 구조가 되게 만들어질 수 있으며, 그에 따라, 자기 공진 주파수는 
이 되며, 여기서 L=코일 구조의 등가 코일 인덕턴스 및 C=코일 구조의 등가 캐패시턴스이다. 자기 공진 코일 구조의 경우, 코일 단자들 및 도금된 관통홀들(104)은 전력에 직접 연결된다.
도 3은 다층 다중 도체 쌍 가장자리 종단 코일의 표현이다. 이 샘플 실시예에서, 도 3은 각각 대략 
내지 
턴들인 개별 코일들의 8-층 스택 업(stack up)을 도시한다. 도체 패턴(300)은 상부 층 (층 1)이고, 301은 층 2이고, 302는 층 3이고, 303은 층 4이고, 304는 층 5이고, 305는 층 6이고, 306은 층 7이고, 그리고 307은 하부 층 (층 8)이다. 도체 쌍들(300 및 301, 302 및 303, 304 및 305, 306 및 307)은 도 2에 도시된 것과 동일한 기준을 따른다. 도 3a, 도 3c, 도 3e 및 도 3g의 코일 단자들(104)은 입력 신호들을 수신하고, 도 3b, 도 3d, 도 3f 및 도 3h의 코일 단자들(104)은 시계 방향 전류 구성을 위한 출력 신호들을 제공한다. 도금된 관통홀들(103)은 코일 구성에 따라 특정 층들을 연결하면서 다른 층들을 분리하는 블라인드(blind) 및/또는 매립형 비아들을 포함할 수 있다. 도금된 관통홀들(103)은 모두 서로의 상부 위에 직접 놓일 필요가 없음이 이해될 것이다. 개별 쌍의 연결부들은 독립적인 도금된 관통홀(103) 패턴들로 오프셋될 수 있다. 오프셋된 도금된 관통홀들(103)을 나타내는 예시적인 실시예가 도 3j에 도시되어 있다.
도 3i는 인쇄 회로 기판 또는 라미네이트 어셈블리를 상부 측에서 본 복합 8-층 스택 업이다. 도체 패턴들(308)은 패턴들(300 내지 307)의 중첩이 된다. 이 실시예에서, 도금된 관통홀들(103)은 층들 간에 전류를 통과시킨다. 코일 단자들(104)은 모두 코일 어셈블리의 외부 가장자리에 놓인다. 대안적인 실시예에서, 코일 구조의 중심에 개구가 제공되어 전기 도전성 클램핑 메커니즘에 의해 층 쌍들 간에 전류가 통과되게 할 것이다.
본 기술 분야의 기술자들이라면, 도 3의 코일 스택이 인쇄 회로 기판(PCB)으로서 구현될 수 있는 다중 적층된 어셈블리 내에 제공될 수 있음을 이해할 것이다.
도 4는 2n 층들을 포함한 네 개의 샘플 다층 코일 스택들의 단면도를 도시하며, 여기서, "n"은 임의의 양의 정수일 수 있다. 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 도체 패턴들은 도 4에 도시된 단면에 적용될 수 있다.
도 4a는 기본 2-층 케이스(n=1)를 도시하는데, 여기서 400은 순방향 전류 경로 도체이고, 401은 복귀 전류 경로 도체이며, 402는 차동 모드 유전체이다.
도 4b는 기본 4-층 케이스(n=2)를 도시하는데, 여기서 400은 순방향 전류 경로 도체이고, 401은 복귀 전류 경로 도체이며, 402는 차동 모드 유전체이다. 도 4b의 실시예는 필수적으로 도 4a에 도시된 두 개의 2-층 패널들의 스택 업(stack-up)이며, 그 사이에는 추가적인 차동 모드 유전체 층(402)이 존재한다. 이 구현예는 교번하는 순방향 및 복귀 전류 경로 도체들을 포함한다. 도 4b를 6 개의 층들 이상으로(n=3+) 확장하기 위해, 차동 모드 유전체(402), 순방향 전류 경로 도체(400), 차동 모드 유전체(402), 및 복귀 전류 경로 도체(401)를 포함하는 패턴(404)이 반복된다.
도 4c는 기본 4-층 케이스(n=2)를 도시하는데, 여기서 400은 순방향 전류 경로 도체이고, 401은 복귀 전류 경로 도체이며, 402는 차동 모드 유전체이며, 403은 공통 모드 유전체 층이다. 이 구성은 도 4b와 유사하지만, 예외적인 것은 하부의 두 개의 층이 반전되어 순방향 전류들이 상부 및 하부 층들(400) 상에서 이동하고 복귀 전류들이 내부 층들(401) 상에서 이동한다는 것이다. 이는 공통 모드 유전체(403)를 초래하게 되는데, 그 이유는 복귀 전류 경로 도체들(401)이 서로 전기적으로 병렬이기 때문이다. 도 4c를 6-층 이상(n=3+)으로 확장하기 위해, 공통 모드 유전체(403), n=기수에 대한 순방향 전류 경로 도체(400) 또는 n=우수에 대한 역방향 전류 경로 도체(401), 차동 모드 유전체(402), 및 n=기수에 대한 역방향 전류 경로 도체(401) 또는 n=우수에 대한 순방향 전류 경로 도체(400)를 포함하는 패턴(405)이 반복된다.
도 4d는 기본 4-층 케이스(n=2)를 도시하는데, 여기서 400은 순방향 전류 경로 도체이고, 401은 복귀 전류 경로 도체이며, 402는 차동 모드 유전체이며, 403은 공통 모드 유전체 층이다. 이 구성은 도 4a와 유사하지만, 예외적인 것은 상부 및 하부 층들이 각각 순방향 및 역방향 전류들을 전달하기 위해 병렬로 추가된 추가 층을 갖는다는 것이다. 이는 상부 2 개의 도체들(400)과 하부 2 개의 도체들(401) 사이의 공통 모드 유전체들(403) 및 4-층 스택 업(stack-up)의 중심 내의 하나의 차동 모드 유전체(402)를 초래한다. 도 4d를 6-층 이상으로(n=3+) 확장하기 위해, 상부 측 상에서 공통 모드 유전체(403) 및 순방향 전류 경로 도체(400)를 포함하는 패턴(406)이 반복된다. 또한, 하부 측 상에서 공통 모드 유전체(403) 및 역방향 전류 경로 도체(401)를 포함하는 패턴(407)이 반복된다.
도 4a 내지 도 4d의 코일 구성들은 더 많은 코일 층들의 다른 실시예들의 생성에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 코일 어셈블리들의 6 개의 차동 쌍들은 24-층 코일 설계를 제공하기 위해, 도 4b, 도 4c, 및 도 4d에 도시된 바와 같이 다중 인스턴스들 및 4-층 스택 업들의 조합으로서 구현될 수 있다.
도 5는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 독립적인 다층 코일 구현예들로 구성될 수 있는 코일 스택들에 대한 사시도들을 도시한다.
도 5a는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 독립적인 다층 코일 구현예들로 구성될 수 있는 가장자리 종단형 코일 스택의 물리적 표현이다. 도 5a의 샘플 실시예에서, 도 3의 도체 패턴들을 구현하는 4 개의 독립적인 평면 코일들이 제공된다. 아이템(500)은 도체 패턴들(300 및 301)의 n 개의 층들을 포함하는 평면 코일이며, 여기서 n은 양의 정수이다. 아이템(501)은 도체 패턴들(302 및 303)의 n 개의 층들을 포함하는 평면 코일이다. 아이템(502)은 도체 패턴들(304 및 305)의 n 개의 층들을 포함하는 평면 코일이다. 아이템(503)은 도체 패턴들(306 및 307)의 n 개의 층들을 포함하는 평면 코일이다. 코일 단자들(504)은 도시된 바와 같은 독립적인 단자 쌍들에의 연결을 가능하게 하기 위해 가장자리를 따라 오프셋된 평면 코일들(500 내지 503)의 독립적인 "탭들"로서 구현될 수 있다. 신호들은 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예들에서와 같이 중간을 통해 기판들을 연결하는 비아들 또는 단자들을 사용하여 층들 사이를 통과할 수 있다. 도 5a의 실시예에서, 가장자리로부터 내부로의 나선형인 가장자리 패턴이 제공되고, 기판들은 제각기의 기판들의 중간을 통해 연결되는 비아들 또는 단자들(도시되지 않음)을 통해 신호를 통과시킨다.
도 5b는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 독립적인 다층 코일 구현예들로 구성될 수 있는 중심 공급 코일 스택(center-fed coil stack)의 물리적 표현이다. 도 5b의 샘플 실시예에서, 도 3의 도체 패턴들을 구현하는 4 개의 독립적인 평면 코일들이 제공된다. 아이템(500)은 도체 패턴들(300 및 301)의 n 개의 층들을 포함하는 평면 코일이며, 여기서 n은 양의 정수이다. 아이템(501)은 도체 패턴들(302 및 303)의 n 개의 층들을 포함하는 평면 코일이다. 아이템(502)은 도체 패턴들(304 및 305)의 n 개의 층들을 포함하는 평면 코일이다. 아이템(503)은 도체 패턴들(306 및 307)의 n 개의 층들을 포함하는 평면 코일이다. 코일 단자들(504)은 도시된 바와 같은 독립적인 단자 쌍들에의 연결을 가능하게 하기 위해 중심 코어(center core)를 따라 오프셋된 평면 코일들(500 내지 503)의 독립적인 "탭들"로서 구현될 수 있다. 신호들은 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예들에서와 같이 중간을 통해 기판들을 연결하는 비아들 또는 단자들을 사용하여 층들 사이를 통과할 수 있다. 도 5b의 실시예에서, 중심으로부터 외부로의 나선형인 중심 공급 패턴이 제공되고, 기판들은 제각기의 기판들의 외부 코너를 통해 연결되는 비아들 또는 단자들(도시되지 않음)을 통해 신호를 통과시킨다.
도 5c는 가장자리 종단들 및 중심 종단들을 모두 갖는 코일 스택의 물리적 표현이다. 각각의 코일 스택은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은 다수의 독립적인 다층 코일 구현예들로 구성될 수 있다. 도 5c의 샘플 실시예에서, 도 3의 도체 패턴들을 구현하는 4 개의 독립적인 평면 코일들이 제공된다. 아이템(500)은 도체 패턴들(300 및 301)의 n 개의 층들을 포함하는 평면 코일이며, 여기서 n은 양의 정수이다. 아이템(501)은 도체 패턴들(302 및 303)의 n 개의 층들을 포함하는 평면 코일이다. 아이템(502)은 도체 패턴들(304 및 305)의 n 개의 층들을 포함하는 평면 코일이다. 아이템(503)은 도체 패턴들(306 및 307)의 n 개의 층들을 포함하는 평면 코일이다. 코일 단자들(504)은 도시된 바와 같은 독립적인 단자 쌍들에의 연결을 가능하게 하기 위해 가장자리 및 중심 코어를 따라 오프셋된 평면 코일들(500 내지 503)의 독립적인 "탭들"로서 구현될 수 있다. 신호들은 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예들에서와 같이 중간을 통해 기판들을 연결하는 비아들 또는 단자들을 사용하여 층들 사이를 통과할 수 있다. 가장자리 단자들 및 중심 단자들을 모두 갖는 도 5c의 실시예에서, 코일 스택은 가장자리 공급 또는 중심 공급 코일 스택이 되도록 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 다수의 독립적인 다층 코일 스택들을 이용하면 총 코일 도체 층들의 수가 많은 제조에서 비용 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 16 내지 24 개의 층의 하나의 인쇄 회로 기판을 생성하는 대신에, 4 개 내지 6 개의 4-층 코일 스택들이 하나의 어셈블리에 통합될 수 있다. 추가 실시예들은 "m" 개의 코일 스택들을 포함할 수 있으며, 여기서 "m"은 1보다 큰 임의의 양의 정수이다(예를 들어, 2 개의 탭들을 갖는 2 개의 코일 스택들 또는 10 개의 탭들을 갖는 10 개의 코일 스택들을 포함할 수 있다).
도 6은 도 4에 도시된 다층의 평면 코일 스택 업들에 대한 전기적 형태이다. 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 및 도 6i는 종단되지 않으며, 따라서 층들 사이에 직접적인 전기 연결부를 갖지 않는 반면, 도 6e, 도 6f, 도 6g, 도 6h, 및 도 6j는 종단되어 있고, 구성에 따라 층들 사이에서 직렬 및/또는 병렬 연결부를 갖는다.
도 6a는 도 4a에 도시된 단면을 갖는 2-층 코일의 분산형 요소 표현이다. 순방향 전류 경로 유도성 요소들(600) 및 복귀 전류 경로 유도성 요소들(601)은 제각기, 순방향 전류 경로 도체(400) 및 복귀 경로 도체(401)에 대응한다. 차동 모드 유전체 용량성 요소들(602)은 차동 모드 유전체(402)와 상관된다. 코일 전기 단자들은 603으로 표시된다.
도 6b는 도 4b에 도시된 단면을 갖는 4-층 코일 시나리오의 분산형 요소 표현이다. 순방향 전류 경로 유도성 요소들(600), 복귀 전류 경로 유도성 요소들(601), 및 차동 모드 유전체 용량성 요소들(602)는 제각기, 400, 401, 및 402와 상관된다. 코일 전기 단자들은 603으로 표시된다.
도 6c는 도 4c에 도시된 단면을 갖는 4-층 코일 시나리오의 분산형 요소 표현이다. 순방향 전류 경로 유도성 요소들(600), 복귀 전류 경로 유도성 요소들(601), 및 차동 모드 유전체 용량성 요소들(602)는 제각기, 400, 401, 및 402와 상관된다. 코일 전기 단자들은 603으로 표시된다. 이 구성은 도 6b와 유사하지만, 예외적인 것은 하부의 두 개의 층이 반전되어 순방향 전류들이 상부 및 하부 층들(600) 상에서 이동하고 복귀 전류들이 내부 층들(601) 상에서 이동한다는 것이다. 이는 공통 모드 유전체 용량성 요소들(604)이 공통 모드 유전체(403)와 상관되게 한다.
도 6d는 도 4d에 도시된 단면을 갖는 4-층 코일 시나리오의 분산형 요소 표현이다. 이 구성은 도 6a와 유사하지만, 예외적인 것은 상부 및 하부 층들이 각각 순방향 및 역방향 전류들을 전달하기 위해 병렬로 추가된 추가 층을 갖는다는 것이다. 순방향 전류 경로 유도성 요소들(600), 복귀 전류 경로 유도성 요소들(601), 및 차동 모드 유전체 용량성 요소들(602)는 제각기, 400, 401, 및 402와 상관된다. 코일 전기 단자들은 603으로 표시된다. 공통 모드 유전체 용량성 요소들은 604로 표시되어 있다.
도 6e, 도 6f, 도 6g, 및 도 6h는 제각기, 도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d와 동일하며, 예외적인 것은 평면 코일 층들이 순방향 전류 경로 및 복귀 전류 경로 유도성 요소들(605)의 직렬 접속으로 서로 연결되어 있다는 것이다. 선택적으로, 도 6f 및 도 6g의 중간의 2 개의 층들은 커넥터(606)에 의해 파선으로 도시된 바와 같이 연결될 수 있다. 전기적으로, 연결부들(606)은 필수적이지는 않지만, 제조에 이점을 제공할 수 있다.
도 6i는 완전 직렬 공진이며 단지 2 개의 단자만을 갖는 4-층 인터리빙된 코일 구조의 분산형 요소 표현이다. 이 실시예는 유도성 및 용량성 요소들이 직렬의 LC 공진을 생성하기 때문에 평면 코일 층들 사이에 도금된 관통홀을 필요로 하지 않는다.
도 6j는 완전 병렬 공진이며 단지 2 개의 단자만을 갖는 4-층 인터리빙된 코일 구조의 분산형 요소 표현이다. 이 실시예는 유도성 요소들을 층 1로부터 층 2 내지 층 3으로 다시 층 4로 직별로 연결하는 도금된 관통홀들을 포함한다. 이 구조는 직렬 유도성 요소들로부터의 병렬 공진 및 코일 권선들 간의 병렬 캐패시턴스를 초래한다.
도 7은 샘플 실시예들에 따른 차량 측 전송 코일 어셈블리(700)의 단면 표현이다. 전송 코일 어셈블리(700)는 코일 어셈블리 커버(701) 및 코일 어셈블리 인클로저(702)를 포함하는 환경적으로 밀봉된 인클로저 내에 포함된다. 도 1a 내지 도 1c의 코일 도체들을 포함하는 인쇄 회로 기판은 703으로 표시된다. 코일 도체들(703) 바로 위에는, 페라이트에 본딩되어 페라이트 바들 또는 타일들을 단일 어셈블리로서 함께 유지하는 페라이트 백킹층(704), 비 전도성 접착 시트, 테이프, 필름 또는 천이 있다. 플럭스 밀도는 코일 어셈블리의 중심에서 가장 강하다. 페라이트 층의 공간 밀도와 페라이트 두께는 포화를 회피하기에 충분해야 한다. 코일 주변부로 향해 플럭스 강도가 감소하기 때문에, 페라이트 층 공간 밀도 및/또는 두께는 포화를 회피하면서도 박형화(thinned)될 수 있다. 전송 코일 중량 및 비용을 감소시키기 위한 수단으로서 페라이트 층 박형화가 바람직하다. 샘플 실시예에서, 페라이트 층(705)은 일정한 두께를 갖는 페라이트 바들 또는 플레이트들의 어레이로서 구현된다. 어레이 타일링(array tiling)은 코일의 중심에서 연속적이거나 준 연속적이다. 주변부에 접근함에 따라 타일링 밀도는 점진적으로 감소된다. 페라이트 층 타일링은 필요에 따라 코일 단자 도체들 및 다른 돌출부들 또는 관통부들의 돌출을 가능하게 하는 데 필요한 갭들을 갖는다.
샘플 실시예에서, 페라이트 바 타일링(705) 및 페라이트 백킹층(704)은 열가소성 또는 수지와 같은 바인딩 재료 및 가능하게는 열 전도율을 향상시키기 위한 열 전도성, 전기 절연성 분말과 같은 추가 물질들과 결합된 페라이트 분말을 포함한 단일 복합 자기 구조로 대체되어, 최종 또는 준 최종 형태로 사출 성형 또는 다른 방식으로 성형된다. 자기 플럭스는 전송 코일(703)의 중심에서 가장 강하며, 주변부로 갈수록 감소하게 된다. 이는, 복합 페라이트 층(705)이 페라이트 재료 포화를 회피하기 위해 플럭스가 가장 강한 중심에서 더 두꺼워질 수 있고 중량 및 재료 비용을 감소시키기 위해 주변부에서 더 얇아질 수 있다는 것을 의미한다. 재료 조성은 위치의 함수로서 열적 및 자기적 특성들을 맞추기 위해 공간적으로 가변될 수 있다. 필요한 곳에 그리고 필요에 따라 냉각 유체를 위한 통로들이 포함될 수 있다.
와전류 쉴드(706)는 페라이트 층(705)에 의해 방향 전환되지 않은 잔류 자기 플럭스를 가로 채서 소멸시키는 전기 전도성 시트 또는 층으로서 구현된다. 와전류 쉴드(706)는 전송 코일 어셈블리(700)에 구조적 강도를 제공하는 금속 플레이트일 수 있다. 페라이트 층(705)의 플럭스 조향 액션(flux steering action)의 방해를 회피하기 위해 이 사용에서 1에 가까운 상대 투자율을 갖는 비철 금속들(non-ferrous metals)이 선호된다. 대안적으로, 와전류 쉴드(706)는 유전체 기판 상에 퇴적된 전도성 필름일 수 있다. 와전류 쉴드(706)는 또한 와전류 쉴드(706)를 인클로저(702)의 내부 표면에 부착하거나 인클로저를 알루미늄으로 제조함으로써 코일 어셈블리 인클로저에 통합될 수 있다.
층들(707)은 기계적 지지, 열 전도율에 의한 열 제거, 및 도체 인쇄 회로 기판(703) 및 페라이트 플럭스 조향층(705)에 대한 물리적 간격을 제공하는, 기계적으로 컨포멀한 전기적 비 전도성 층들이다. 페라이트 플럭스 조향층(705)은 도체 인쇄 회로 기판(703)에서의 과도한 근접성 효과 저항성 손실들 및 와전류 쉴드(706)에서의 과도한 와전류 손실들을 회피하기 위해 도체 인쇄 회로 기판(703) 또는 와전류 쉴드(706)와 접촉하거나 또는 거의 접촉되어서는 안된다. 간격 층들(707)은 열 발생 회로 및 열 제거 표면들 사이에서 갭 충진재들(gap fillers)로서 사용되는 종래의 탄성 중합체 압축 패드들로 제조될 수 있다. 대안적으로, 간격 층들(707)은 미네랄 오일과 같은 열 전도성 액체가 주입된 개방 셀 폼 재료(open cell foam material)로서 구현될 수 있다. 간격 층들(707) 내에 필요에 따라 홀들(holes) 또는 슬롯들을 배치함으로써 개선된 냉각 유체가 흐르게 된다. 도체 인쇄 회로 기판(703) 상에서, 슬롯들이 도체 트레이스들 사이 또는 턴들 사이에 배치되어 도체 연속성을 유지한다. 코일 어셈블리 인클로저(701)는 또한 다른 시스템 컴포넌트들, 가령, 공진 캐패시터들, 정류기들, 정류 후 리플 필터 컴포넌트들, 제어, 통신, 이물질 및 생물체 검출 회로, 및 인터페이스 전자 기기를 포함하는 별도의 인클로징된 볼륨(708)을 포함할 수 있다.
도 7에서, 인쇄 회로 기판(703)은 상부 및 하부 측 상에서 전도성 트레이스들을 가지지만 층간들(inter-layers)은 존재하지 않는 양면 기판이다. 전류 용량을 증가시키기 위해 병렬로 연결되거나 인덕턴스를 증가시키기 위해 직렬로 연결된 턴들과 함께 다수의 인쇄 회로 기판들 또는 다층 인쇄 회로 기판이 사용될 수 있다.
도 8은 대안적인 실시예에 따른 차량 측 전송 코일 어셈블리(800)의 단면의 표현이다. 전송 코일 정렬, 근거리 통신들, 이물질/생물체 검출, 또는 전기장 패러데이 차폐 기능들을 구현하기 위해 필요에 따라 추가의 인쇄 회로 기판들 또는 층들이 포함될 수 있다. 공진 캐패시터는 표면 실장 캐패시터들의 어레이, 증가된 캐패시턴스를 허용하는 다수의 캐패시터들, 및 전압 정격을 포함하는 인쇄 회로 기판으로서 구현될 수 있다. 대안적으로, 공진 캐패시터들은 상기 페라이트 층(705)과 코일 어셈블리 인클로저(702) 사이에 위치된 추가 층으로서 구현된 얇은 다층의 금속화된 유전체 시트로서 물리적으로 구현될 수 있다. 도 8에서, 물체 검출 PCB(809), 페라이트 분리 층(810), 및 통신 PCB(811)가 도체 인쇄 회로 기판(703)과 코일 어셈블리 커버(702) 사이에 도시되어 있다. 코일 어셈블리 인클로저(702)는 다른 시스템 컴포넌트들, 가령, 공진 캐패시터들, 정류기들, 정류 후 리플 필터 컴포넌트들, 제어, 통신, 이물질 및 생물체 검출 회로, 및 인터페이스 전자 기기를 포함하는 별도의 인클로징된 볼륨(708)을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 공진 캐패시터들은 페라이트 층(705)의 낮은 전계 강도 측 상의 전송 코일 어셈블리(800)에 위치한 얇은 대면적의 금속화된 유전체 필름들로서 구현될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 편평한 나선형의 전도성 테이프 또는 스트립은 인쇄 회로 기판(703)을 대체한다. 테이프 또는 스트립은 도체의 면을 가로 지르는 와전류들을 최소화하기 위해 입사 자기 플럭스에 평행한 폭 치수로 배치된다. 두께 치수에서 와전류들을 최소화하기 위해, 전도성 테이프 또는 스트립의 두께는 동작 주파수에서 트레이스 도체의 스킨 깊이의 4 배 이하의 두께로 제한된다. 비 전도성 스페이서들은 인접한 나선형 턴들 간의 분리를 유지시킨다. 전도성 테이프 또는 스트립 도체는 이와는 달리 열 제거를 방해하지 않기 위해 절연되지 않는다. 테이프 또는 스트립 폭이 증가하면 도체 전류 용량은 증가하게 된다. 테이프 또는 스트립 나선들은 인쇄 회로 도체들에 대해 수직으로 적층되어 병렬로 배선될 때 전류 용량을 증가시키거나 직렬로 배선될 때 인덕턴스를 증가시킬 수 있다.
본 기술 분야의 기술자들은 지면 측 전송 코일 층들이 제조 효율을 향상시키기 위해 차량 측 코일과 동일할 수 있음을 이해할 것이다. 도 9는 센서 애퍼처(900)가 추가된 차량 전송 코일 어셈블리의 샘플 실시예이다. 센서 전자 기기(901)는 센서 도관 엔드캡(903)과 함께 종단되는 애퍼처 도관(902)을 조사한다.
상업용 공진 유도 무선 전력 장비는 일반적으로 보조 시스템들이 현재 및 예상되는 규제 요건들을 충족시킬 것을 요구하고 있다. 이러한 보조 시스템들은 코일 정렬 에러 검출, 통신, 이물질 검출, 및 생물체 검출을 포함하며, 이들 모두는 전송 코일 활성면의 기하학적 중심에 최상으로 위치한다. 그러나, 활성면의 중심은 높은 자기 플럭스 진폭을 가지므로 해당 위치에 배선 및 전자 회로를 배치할 수 없다.
도 9는 중심에 위치된 센서 애퍼처(900)를 갖는 도 7에 앞서 도시된 전송 코일 어셈블리(700)를 도시한다. 전송 코일 어셈블리의 두께 치수를 관통하는 이 애퍼처(900)는 전송 코일 어셈블리의 높은 자기 플럭스 강도 전면으로부터 낮은 자기 플럭스 강도 영역을 관통하여 인클로저 볼륨(708) 내부로 센서 또는 통신 신호들의 양방향 통과를 가능하게 한다. 인클로저 볼륨(708) 내부의 센서 전자 기기(901)는 광학, 광학 이미지, 광학 비디오, 초음파뿐만 아니라 마이크로파, 밀리미터파 또는 테라헤르츠파 전자기 에너지일 수 있다. 902 및 903으로 지정된 컴포넌트들은 각각 애퍼처 도관 및 애퍼처 엔드캡이다. 애퍼처 도관 및 엔드캡의 주입은 센서 방식에 따라 다르다. 광학 센서들 및 통신들을 위해, 애퍼처 도관은 비 전도성 빈 튜브, 투명 광 파이프, 또는 공간적으로 코히어런트(coherent) 또는 비-코히어런트 광섬유 번들일 수 있다. 애퍼처 엔드캡(903)은 전송 코일 커버(702)에 환경적 밀봉을 제공하지만 또한 광각 또는 어안 렌즈들과 같은 광학 렌즈를 포함할 수도 있다. 애퍼처 도관(902)은 또한 렌즈와 같은 광학 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 와전류 발생을 회피하기 위해 비 전도성 재료들이 선호된다. 초음파 센서 또는 통신 방식의 경우, 센서 도관은 음향 도파관이다. 애퍼처 엔드캡(903)은 이전과 같이 환경적 밀봉을 제공하고 음향 렌즈 또는 확산기를 포함할 수 있다.
전자기 센서 방식의 경우, 센서 도체는 전자기 도파관 또는 전송 라인 구조이다. 스트립 라인 전송 라인과 같은 종래의 금속 도파관 또는 전송 라인 구조들은 강한 자기장에서는 와전류 발생으로 인해 적합하지 않다. 이러한 구조들은 종래의 도파관 또는 전송 라인 구조들에 존재하는 연속적인 금속 표면을 고역 통과 또는 대역 통과 주파수 선택 표면들로 대체함으로써 적합하게 제조될 수 있다. 대안적으로, 도관 전송 라인은 페라이트 층의 낮은 자기 강도 측에 위치된 론처(launcher) 또는 연속적인 금속 표면 대신에 주파수 선택적으로 구성된 론처와 함께 Goubau 단일 와이어 전송 라인으로서 구현될 수 있다. 샘플 실시예에서, 전자기 도파관은 저 유전율 매체에 의해 둘러싸인 고 유전율 코어를 포함하는 종래의 유전체 도파관으로서 구현된다. 애퍼처 엔드캡(903)은 유전체 또는 인공 유전체 렌즈를 포함할 수 있는 환경적 밀봉을 제공한다. 권선 층(703) 및 작은 페라이트 타일 크기를 위한 가요성 인쇄 회로 기판의 사용이나 가요성 또는 비-평면 복합 페라이트 층(705)의 사용을 통해, 전송 코일 어셈블리는 기계적 적합성을 용이하게 하거나, 공기 역학적 또는 유체 역학적 항력을 감소시키거나, 수중 자율 주행 차량들, 포병 포탄들 또는 유사한 물체들과 같은 원통형 또는 다른 비-평면 형태를 갖는 차량 또는 물체에 배치하기 위해, 실린더와 같은 비-평면 표면에 컨포멀하게 제조될 수 있다.
도 10은 대안적인 실시예에 따라 센서 애퍼처가 추가된 차량 측 전송 코일 어셈블리(800)의 단면 표현이다. 도 8의 실시예에서와 같이, 전송 코일 정렬, 근거리 통신들, 이물질/생물체 검출, 또는 전기장 패러데이 차폐 기능들을 구현하기 위해 필요에 따라 추가의 인쇄 회로 기판들 또는 층들이 포함될 수 있다. 도 10에서, 도 8의 실시예에서와 같이, 물체 검출 PCB(809), 페라이트 분리 층(810), 및 통신 PCB(811)가 도체 인쇄 회로 기판(703)과 코일 어셈블리 커버(702) 사이에 제공된다.
다양한 구현예들이 위에서 기술되었지만, 이들 구현예들은 제한이 아닌 예로서만 제시된 것임을 이해해야 한다. 예를 들어, 전술한 시스템들 및 방법들과 연관된 임의의 요소는 전술한 임의의 원하는 기능을 이용할 수 있다. 따라서, 바람직한 구현예의 범위 및 영역은 전술한 샘플 구현예들 중 임의의 것에 의해 제한되어서는 안된다.
Claims (36)
- 무선 전력 전송 코일로서,
제 1 측면 및 제 2 측면을 갖는 인쇄 회로 기판;
상기 인쇄 회로 기판의 제 1 측면 상에 나선형으로 감긴 제 1 복수의 도체들을 포함하는 제 1 도체 패턴; 및
상기 인쇄 회로 기판의 제 2 측면 상에 나선형으로 감긴 제 2 복수의 도체들을 포함하는 제 2 도체 패턴
을 포함하며, 상기 제 2 도체 패턴은 상기 제 1 도체 패턴과 정렬되며, 이에 의해 상기 제 2 도체 패턴은 상기 제 1 도체 패턴에 의해 생성된 자기 플럭스를 보강하게 되며, 상기 제 1 도체 패턴 및 상기 제 2 도체 패턴은 동일한 방향으로 플럭스 투과를 제공하도록 서로에 대해 배치되는
무선 전력 전송 코일. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 도체 패턴 및 상기 제 2 도체 패턴의 제각기의 도체들을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 전기 연결부를 추가로 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전기 연결부는 상기 인쇄 회로 기판을 관통하는 적어도 하나의 관통홀을 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제3항에 있어서,
복수의 도금된 오프셋 관통홀들을 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전기 연결부는 클램프, 러그, 및 단자 중 적어도 하나를 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 도체 패턴 및 상기 제 2 도체 패턴은 정사각형의 편평한 평면 나선형으로 구성된 적어도 2 개의 도체 턴들을 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 복수의 도체들 및 상기 제 2 복수의 도체들은 각각 적어도 2 개의 독립적인 도체들을 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 도체 패턴 및 상기 제 2 도체 패턴의 중심에서 코일 단자들 및 연관된 관통홀들을 추가로 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 도체 패턴 및 상기 제 2 도체 패턴의 외부 가장자리 및 상기 인쇄 회로 기판의 외부 가장자리에 코일 단자들 및 연관된 관통홀들을 추가로 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 도체 패턴 및 상기 제 2 도체 패턴을 갖는 2n 개의 인쇄된 도체 패턴들을 포함한 다층 코일 스택을 추가로 포함하며, n은 양의 정수인
무선 전력 전송 코일. - 제10항에 있어서,
n=1이고, 상기 다층 코일 스택은 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 1 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 2 도체 패턴, 및 상기 제 1 도체 패턴과 상기 제 2 도체 패턴 사이에 제공된 차동 모드 유전체를 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제10항에 있어서,
n=2이고, 상기 다층 코일 스택은 제각기, 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 1 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 2 도체 패턴, 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 3 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 4 도체 패턴, 상기 제 1 도체 패턴과 상기 제 2 도체 패턴 사이에 제공된 제 1 차동 모드 유전체, 상기 제 3 도체 패턴과 상기 제 4 도체 패턴 사이에 제공된 제 2 차동 모드 유전체, 및 상기 제 2 도체 패턴과 상기 제 3 도체 패턴 사이에 제공된 제 3 차동 모드 유전체를 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제10항에 있어서,
n=2이고, 상기 다층 코일 스택은 제각기, 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 1 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 2 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 3 도체 패턴, 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 4 도체 패턴, 상기 제 1 도체 패턴과 상기 제 2 도체 패턴 사이에 제공된 제 1 차동 모드 유전체, 상기 제 3 도체 패턴과 상기 제 4 도체 패턴 사이에 제공된 제 2 차동 모드 유전체, 및 상기 제 2 도체 패턴과 상기 제 3 도체 패턴 사이에 제공된 공통 모드 유전체를 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제10항에 있어서,
n=2이고, 상기 다층 코일 스택은 제각기, 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 1 도체 패턴, 순방향 전류 경로 도체를 제공하는 제 2 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 3 도체 패턴, 복귀 전류 경로 도체를 제공하는 제 4 도체 패턴, 상기 제 1 도체 패턴과 상기 제 2 도체 패턴 사이에 제공된 제 1 공통 모드 유전체, 상기 제 3 도체 패턴과 상기 제 4 도체 패턴 사이에 제공된 제 2 공통 모드 유전체, 및 상기 제 2 도체 패턴과 상기 제 3 도체 패턴 사이에 제공된 차동 모드 유전체를 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제10항에 있어서,
각각의 인쇄 회로 기판의 제각기의 도체 패턴들의 독립적인 단자 쌍들에의 연결을 가능하게 하기 위해 각각의 인쇄 회로 기판의 가장자리를 따라 오프셋된 독립적인 탭들로서 구현된 단자들을 추가로 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제15항에 있어서,
제각기의 기판들의 중간을 통해 제각기의 인쇄 회로 기판들을 연결하는 비아들 또는 단자들을 추가로 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제15항에 있어서,
각각의 인쇄 회로 기판의 제각기의 도체 패턴들의 독립적인 단자 쌍들에의 연결을 가능하게 하기 위해 각각의 인쇄 회로 기판의 중심을 따라 오프셋된 독립적인 탭들로서 구현된 제 2 단자들을 추가로 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제10항에 있어서,
각각의 인쇄 회로 기판의 제각기의 도체 패턴들의 독립적인 단자 쌍들에의 연결을 가능하게 하기 위해 각각의 인쇄 회로 기판의 중심을 따라 오프셋된 독립적인 탭들로서 구현된 단자들을 추가로 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 제18항에 있어서,
제각기의 기판들의 외부 가장자리를 통해 제각기의 인쇄 회로 기판들을 연결하는 비아들 또는 단자들을 추가로 포함하는
무선 전력 전송 코일. - 무선 전력 전송 코일 어셈블리로서,
인클로저;
제1항의 무선 전력 전송 코일;
페라이트 층; 및
와전류 쉴드
를 포함하고,
상기 무선 전력 전송 코일, 페라이트 층, 및 와전류 쉴드는 상기 인클로저 내에 병렬로 배치되는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제20항에 있어서,
상기 페라이트 층은, 일정한 두께의 페라이트 바들, 타일들, 또는 플레이트들에 본딩되어 상기 페라이트 바들을 단일 어셈블리로서 함께 유지하기 위한 페라이트 백킹층을 포함하는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제21항에 있어서,
상기 페라이트의 타일링 밀도는 상기 무선 전력 전송 코일의 중심 근처에서 연속적이거나 준 연속적이며, 상기 타일링 밀도는 상기 무선 전력 전송 코일의 주변부로 점진적으로 감소되는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제20항에 있어서,
상기 페라이트 층은, 바인딩 재료와 결합되고, 중심에서 더 두껍고 주변부에서 더 얇은 복합 페라이트 층을 형성하도록 사출 성형되는 페라이트 분말을 포함한 복합 자기 구조를 포함하는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제20항에 있어서,
상기 와전류 쉴드는 상기 페라이트 층에 의해 방향 전환되지 않은 잔류 자기 플럭스를 가로 채서 소멸시키도록 적응되는 유전체 기판 상에 퇴적된 전기 전도성 시트 또는 전도성 필름을 포함하는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제20항에 있어서,
상기 인클로저와 상기 무선 전력 전송 코일 사이, 상기 무선 전력 전송 코일과 상기 페라이트 층 사이, 및 상기 페라이트 층과 상기 와전류 쉴드 사이에 배치된 기계적으로 컨포멀한 전기적 비 전도성 층들을 추가로 포함하며, 상기 전기적 비 전도성 층들은 상기 무선 전력 전송 코일 및 상기 페라이트 층에 대한 기계적 지지, 열 제거, 및 물리적 간격을 제공하도록 적응되는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제20항에 있어서,
상기 인클로저는 공진 캐패시터들, 전력 제어 회로, 통신 회로, 및 물체 검출 기능들을 제공하도록 적응된 회로 중 적어도 하나를 포함한 인클로징된 볼륨을 포함하는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제20항에 있어서,
상기 인클로저는 전력 제어, 통신, 및 센서 전자 기기 중 적어도 하나를 포함하는 인클로징된 볼륨을 포함하는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제27항에 있어서,
상기 전자 기기는 상기 페라이트 층과 상기 인클로저 사이에 위치된 추가 층으로서 구현된 얇은 다층의 금속화된 유전체 시트의 형태인 공진 캐패시터들을 포함하는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제27항에 있어서,
상기 전자 기기는 상기 페라이트 층의 낮은 전계 강도 측에 위치한 얇은 대면적의 금속화된 유전체 필름들의 형태인 공진 캐패시터들을 포함하는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제20항에 있어서,
병렬로 적층 및 연결되어 권선 전류 용량을 증가시키거나 직렬로 적층 및 연결되어 권선 인덕턴스를 증가시키기 위한 상기 무선 전력 전송 코일들 중 적어도 두 개를 추가로 포함하는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제20항에 있어서,
상기 무선 전력 전송 코일의 중심에 위치한 센서 애퍼처를 추가로 포함하고, 상기 센서 애퍼처는 센서 전자 기기를 포함하고 상기 무선 전력 전송 코일 어셈블리의 제각기의 측면들로/로부터 센서 또는 통신 신호들의 양방향 통과를 허용하는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제31항에 있어서,
상기 센서 전자 기기는 감지 및 통신을 위해 광 파이프, 음향 도파관, 전자기 도파관, 또는 유전체 도파관을 포함하는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제32항에 있어서,
상기 전자기 도파관은 와전류의 발생을 회피하도록 적응된 고역 통과 또는 대역 통과 주파수 선택 표면들을 갖는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 제32항에 있어서,
상기 유전체 도파관은 와전류의 발생을 회피하도록 적응된 단일 와이어 Goubau 전송 라인으로서 구현되는
무선 전력 전송 코일 어셈블리. - 무선 전력 전송 코일로서,
제 1 측면 및 제 2 측면을 갖는 전도성 테이프의 편평한 나선;
상기 전도성 테이프의 제 1 측면 상에 나선형으로 감긴 제 1 복수의 도체들을 포함하는 제 1 도체 패턴;
상기 전도성 테이프의 제 2 측면 상에 나선형으로 감긴 제 2 복수의 도체들을 포함하는 제 2 도체 패턴 - 상기 제 2 도체 패턴은 수직 중심선을 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 뒤집어지고 90° 회전된 것을 제외하고는 상기 제 1 도체 패턴과 동일함 -; 및
제 1 도체 패턴 및 제 2 도체 패턴의 제각기의 도체들을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 전기 연결부를 포함하고,
이로써 상기 제 1 도체 패턴 및 상기 제 2 도체 패턴은 동일한 방향으로 플럭스 투과를 제공하도록 서로에 대해 배치되며, 상기 전도성 테이프의 두께는 동작 주파수에서 상기 제 1 도체 패턴의 스킨 깊이의 4 배 이하의 두께이며, 공진 유도 무선 전력 동작 주파수에서의 스킨 깊이(δ)는로 주어지며, σ는 옴 미터(Ohm-Meters)의 도체 저항률이고, ω는 초당 라디안 단위의 동작 주파수이며, μ는 상기 도체의 투자율인
무선 전력 전송 코일. - 무선 전력 전송 코일 어셈블리로서,
인클로저;
제35항의 무선 전력 전송 코일;
페라이트 층; 및
와전류 쉴드
를 포함하고,
상기 무선 전력 전송 코일, 페라이트 층, 및 와전류 쉴드는 상기 인클로저 내에 병렬로 배치되는
무선 전력 전송 코일 어셈블리.
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