KR20170115569A - 유도식 전력 송신기 - Google Patents

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KR20170115569A
KR20170115569A KR1020177024684A KR20177024684A KR20170115569A KR 20170115569 A KR20170115569 A KR 20170115569A KR 1020177024684 A KR1020177024684 A KR 1020177024684A KR 20177024684 A KR20177024684 A KR 20177024684A KR 20170115569 A KR20170115569 A KR 20170115569A
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Abstract

유도식 전력 송신기(2)가 제공되어 있으며, 상기 유도식 전력 송신기(2)는 복수 개의 송신기 코일들(7); 수신기(3)에의 커플링(coupling)을 위해 상기 송신기 코일들(7)에 선택 가능하게 에너지를 공급하도록 구성된 제어기(8)를 포함하고, 상기 송신기 코일들(7)은 상기 수신기(3)의 배향, 전력 전송 최적화 알고리즘, 또는 룩업 테이블에 따라 선택된다.

Description

유도식 전력 송신기
본 발명은 유도식 전력 송신기에 관한 것이다.
전기 변환기들은 다른 여러 타입의 전기 시스템들에서 찾아 볼 수 있다. 일반적으로 말하면, 변환기는 제1 타입의 공급원을 제2 타입의 출력원으로 변환한다. 상기 변환에는 DC-DC, AC-AC 및 DC-AC 전기 변환이 포함될 수 있다. 일부 구성들에서는 변환기에는 여러 개의 DC 및 AC '부품'이 구비될 수 있으며, 예를 들면 DC-DC 변환기는 AC-AC 변환기 스테이지를 변압기의 형태로 통합할 수 있다.
변환기들을 사용하는 예들 중 하나는 유도식 전력 전송(inductive power transfer; IPT) 시스템들에서 찾아 볼 수 있다. IPT 시스템은 확립된 기술(예를 들면, 전동 칫솔들의 무선 충전) 및 개발 기술(예를 들면, '충전 매트' 상에서의 핸드헬드 기기들의 무선 충전)의 잘 알려진 분야이다.
본 발명은 개선된 유도식 전력 송신기를 제공할 수도 있고 적어도 대중에게 유용한 선택권을 제공할 수도 있다.
한 대표적인 실시 예에 의하면, 유도식 전력 송신기가 제공되며,
상기 유도식 전력 송신기는,
복수 개의 평면 송신 코일들;
AC 공급원 신호를 제공하도록 구성된 인버터; 및
복수 개의 제어 기기들로서, 각각의 제어 기기가 대응하는 송신 코일에 제공되는 상기 AC 공급원 신호를 조정하도록 구성된, 복수 개의 제어 기기들;
을 포함하며,
상기 복수 개의 송신 코일들에서 상기 조정된 AC 공급원 신호에 의해 생성되는 자기장 필드의 방향은 실질적으로 무제한형 유도식 전력 전송 수신기에 커플링(coupling)하도록 구성된다.
부가적인 실시 예들에 의하면, 청구항 제1항, 제17항, 제35항, 제47항, 제52항 또는 제54항 중 어느 한 항에 따른 송신기가 제공된다. 임의의 실시 예들은 청구항 제1항 내지 제64항 중 어느 한 항에 기재된 특징들 중의 임의 조합에 따라 구현될 수 있다.
여기서 인정할 점은 다양한 권한의 범위에 따라 배타적 또는 포괄적 의미로 "(복수의 주체가) 포함한다", "(단수의 주체가) 포함한다", 및 "(구성요소들을) 포함하는"이라는 용어들이 한정될 수 있다는 점이다. 본원 명세서의 목적을 위해, 그리고 달리 언급되지 않는 한, 이러한 용어들은 포괄적인 의미가 있는 것으로 의도된다. 다시 말하면, 상기 용어들은 쓰임이 직접 인용되는 리스트 구성요소들의 포함과, 또 아마도 다른 지정되지 않은 구성요소들 또는 요소들의 포함을 의미하는 것으로 간주한다.
본원 명세서에서의 어떠한 문헌에 대한 인용도 그 문헌이 선행기술이거나 통상의 일반적 지식의 일부를 구성함을 인정하는 것이 아니다.
본원 명세서에 통합되어 본원 명세서의 일부를 구성하는 첨부도면들은 위에 제공한 발명의 내용, 및 이하의 구체적인 내용과 함께 대표적인 실시 예들을 보여준다.
도 1은 유도식 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 2는 한 대표적인 송신기의 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 송신기용 송신 코일들의 대표적인 레이아웃들을 보여주는 도면들이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 2의 송신기의 동작을 위한 필드 다이어그램들이다.
도 5는 제1의 대표적인 회로의 회로도이다.
도 6a 내지 도 6c는 상기 제1의 대표적인 회로에 대한 파형들의 그래프들이다.
도 7은 제2의 대표적인 회로의 회로도이다.
도 8은 제2의 대표적인 회로에 대한 파형들의 그래프이다.
도 9는 제3의 대표적인 회로의 회로도이다.
도 10은 제4의 대표적인 회로의 회로도이다.
도 11은 제4의 대표적인 회로용 송신 코일들의 대표적인 레이아웃이다.
도 12a 및 도 12b는 상기 제4의 대표적인 회로에 대한 파형들의 그래프들이다.
도 13은 z 높이를 크게 하기 위해 송신기를 동작시키기 위한 필드 다이어그램이다.
도 14는 한 대표적인 소스 코일 및 공진기 코일 구현의 개략도이다.
도 15는 프로토타입 소스 코일 및 공진기 코일 구현의 사시도이다.
도 16은 수신기 위치/배향에 따라 에너지를 공급받는 코일들의 개략도이다.
도 17은 다른 한 실시 예에 따른 송신기의 회로도이다.
IPT(inductive power transfer; 유도식 전력 전송) 시스템은 유도식 전력 송신기와 유도식 전력 수신기를 포함하는 것이 전형적이다. 상기 유도식 전력 송신기는 송신 코일 또는 코일들을 포함하며, 상기 송신 코일 또는 코일들은 교류 자기장 필드를 생성하도록 적합한 송신 회로에 의해 구동된다. 상기 교류 자기장 필드는 유도식 전력 수신기의 수신 코일 또는 코일들에서 전류를 유도한다. 그리고 나서, 상기 수신된 전력은 배터리를 충전하거나 상기 유도식 전력 수신기와 결부된 기기 또는 다른 어떤 부하에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다.
이동전화의 충전을 위한 충전 매트의 대량 채택을 위해, 다양한 제조업체들이 공통 표준에 동의하려고 시도했다. 이는 휴대용 소비자 기기를 충전하기 위해 유도식 전력 전송에 필요한 최소 요구사항을 지정한다. 예를 들면 WPC(Wireless Power Consortium) Qi 1.1 사양을 준수하려면 상기 기기가 매트 표면에 가깝게 배치되어야 한다.
한가지 옵션은 사용자로 하여금 충전해야 할 기기를 상기 기기에 대해 사전에 결정된 배향으로, 예컨대 평평하게 설치하게 하는 것일 수 있다. 다른 한가지 옵션은 기기의 배향이 제약받지 않게 하는 경우이다. 그러나 송신 필드가 적절히 커플링되게 하기 위해서는 서로 다른 배향으로 다수의 수신 코일을 제공하거나, 송서로 다른 배향으로 다수의 송신 코일을 제공하는 것이 필요할 수 있다. 상기 2가지 옵션 중 어느 하나는 기기 설계에 상당히 제약을 줄 수 있으며, 일부 시장에서는 실현 가능하지 않을 수 있다.
한 가지 문제해결수법은 코일 전압들이 전체 필드 방향을 조작하도록 제어되는 다중 중첩 평면 송신 코일을 사용하는 것이다. 이는 송신기 매트가 평평해질 수 있게 하고, 상기 기기 단일 수신 코일을 가지고 임의의 3D 방향으로 배향되게 할 수 있다. 그리고 나서 필드 방향이 적합하게 수정된다. 한 구현 예는 송신기 회로가 AC 공급원으로부터 DC 버스로 변환하는 것이고, 별도의 풀 브리지 인버터들은 각각의 송신 코일에 대해 DC 버스 전압을 원하는 AC 전압 크기 및 위상으로 변환한다.
도 1은 대안적인 구현 예에 따른 유도식 전력 전송(inductive power transfer; IPT) 시스템(1)을 보여주는 도면이다. IPT 시스템은 유도식 전력 송신기 기기(2) 및 유도식 전력 수신기 기기(3)를 포함한다. 유도식 전력 송신기 기기(2)는(메인 전원과 같은) 적절한 전력 공급원(4), 및 인버터(6)에 연결된 AC-DC 변환기(5)를 포함한다. 송신기 회로의 인버터(6)는 일련의 송신 코일들(7)에 AC 신호를 공급하여 상기 송신 코일들(7)이 교류 자기장 필드를 생성하게 한다. 일부 구성들에서, 상기 송신 코일들(7)은 또한 상기 인버터(6)로부터 분리되어 있는 것으로 간주할 수 있다.
상기 유도식 전력 송신기 기기(2) 내의 제어기(8)는 상기 유도식 전력 송신기 기기(2)의 각각의 부품에 연결될 수 있다. 상기 제어기(8)는 상기 유도식 전력 송신기 기기(2)의 각각의 부품으로부터의 입력들을 수신하고 각각의 부품의 동작을 제어하는 출력들을 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 제어기(8)는 단일 유닛 또는 개별 유닛들로서 구현될 수 있다. 상기 제어기(8)는 예를 들면 전력류(power flow), 튜닝, 송신(송신기) 코일들에의 선택 가능한 에너지 공급, 유도식 전력 수신기 검출 및/또는 통신을 포함하는 자신의 기능들에 따라 상기 유도식 전력 송신기 기기(2)의 다양한 실시형태들을 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 유도식 전력 수신기 기기(3)는 수신 코일 또는 코일들(9)을 포함하며 상기 수신 코일 또는 코일들(9)은 수신기 회로에 연결되어 있으며 상기 수신기 회로는 전력 조절 회로(10)를 포함할 수 있고 상기 전력 조절 회로(10)는 부하(11)에 차례로 전력을 공급한다. 상기 유도식 전력 송신기 기기(2) 및 상기 유도식 전력 송신기 기기(3)의 상기 코일들(7, 9)이 적합하게 커플링될 경우, 상기 송신 코일 또는 코일들(7)에 의해 생성된 교류 자기장 필드는 상기 수신 코일 또는 코일들에 교류 전류를 유도한다. 상기 전력 조절 회로(10)는 상기 유도된 전류를 부하(11)에 적합한 형태로 변환한다. 상기 수신 코일 또는 코일들(9)은 공진 회로를 생성하도록 병렬 또는 직렬로 (공진) 커패시터들(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 일부 유도식 전력 수신기 기기들에서, 상기 수신기 회로는, 예를 들면 상기 수신 코일 또는 코일들(9)의 튜닝, 상기 수신 회로에 의해 부하(11)에 공급되는 전력 및/또는 통신을 제어할 수 있는 제어기(12)를 더 포함할 수 있다.
용어 "코일"은 전류가 자기장 필드를 발생시키는 전기 도전성 구조를 포함할 수 있다. 예를 들면, 유도성 "코일들"은 3차원 형상들 또는 2차원 평면 형상들의 전기 도전성 와이어, 특히 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB) 기술들을 사용하여 복수 개의 PCB '층들' 위의 3차원 형상들, 및 다른 코일류 형상들로 제조된 전기 도전성 재료일 수 있다. 단수 또는 복수로 용어 "코일"을 사용하는 것은 이러한 의미에서 제한적임을 의미하는 것이 아니다. 애플리케이션에 따라 다른 구성들이 사용될 수 있다.
한 대표적인 송신기 기기(2)가 도 2에 도시되어 있다. 이러한 실시 예에서, 다수의 송신 코일(7)이 인버터(6)와 함께 참조번호 202, 204, 206, 208로 도시되어있다. 각각의 코일(202, 204, 206, 208)에 대응하는 제어 기기(210,212,214,216)가 직렬로 제공되어 있다. 이러한 방식으로, 상기 인버터(6)의 참조번호 218로부터의 전압 및/또는 전류의 크기 및/또는 위상은 각각의 코일에 대해 독립적으로 조절될 수 있다(220). 이는 생성된 전체 자기장 필드가 크기 및/또는 방향으로 제어될 수 있게 한다. 상기 코일들(202, 204, 206, 208)은 평면, 중첩 및/또는 상호 디커플링된 배열로 제조될 수 있다. 따라서 상기 자기장 필드는 각각 코일에 대해 별도의 인버터를 사용할 필요없이 그리고 3차원에서 코일들을 사용하지 않고 3차원으로 조작될 수 있다. 이는 단순한 회로, 낮은 구성요소 비용, 낮은 손실 및/또는 작은 풋프린트의 이점을 지닐 수 있다.
도 3a 및 3b는 대표적인 송신기 코일 레이아웃들(300)을 보여준다. 도 3a에서, 3개 및 4개의 중첩 코일 구성이 평면 배열로 도시되어 있다. 이러한 방식으로, 코일 전류들은 상기 송신기 기기(2)의 표면상(그리고 Z 방향의 표면상)의 소정 위치에서 서로 다른 자기장 필드 벡터들을 이루도록 조정될 수 있다. 각각의 코일의 전류를 변화시킴으로써 서로 다른 필드 방향들은 도시된 바와 같이 시뮬레이션될 수 있다. 16개의 코일을 지니는 도 3b의 레이아웃은 복잡한 필드 조작을 허용한다.
상기 코일들은 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 동작 될 수 있다. 코일 전류들의 진폭들 및/또는 위상들은 수신기에 대한 최적화된 유도식 전송을 찾아내기 위해 스캐닝(scanning)될 수 있다. 예를 들면, 도 4a에서, 2개의 이웃하는 중첩 코일은 상기 코일들 각각을 구동시키는 전류들의 위상들 및 그 결과로 생성되는 자기장 필드들과 함께 예시되어 있다. 각각의 코일의 중심 부근의 수직 화살표들은 각각의 코일을 여자(勵磁)시키는데 사용된 전류를 나타낸다. 두 전류 간의 상대적인 위상 및 진폭 관계에 따라, 합성 자기장 필드의 방향이 조작될 수 있다. 도 4b는 서로 다른 위상들과 진폭들로 구동될 때 자기장 필드 시뮬레이션 소프트웨어 JMAG를 사용하여 시뮬레이션된 자기장을 보여줍니다. 도 4c는 모든 가능한 수신기 코일 배향 및 위치에 대해 생성된 자기장 필드들의 방향이 전력 전송을 최대화하기 위해 상기 전류들의 위상들 및 진폭들을 제어함으로써 조작될 수 있음을 보여준다. 이러한 전류들은 도 4d에 도시되어 있다.
제1의 대표적인 회로도(500)가 도 5에 도시되어 있다. 상기 인버터(6)는 2개의 MOSFET 스위치를 사용하는 하프 브리지이다. 상기 인버터(6)는 AC 필터(L1 C1)에 AC 전압을 공급한다. 각각의 송신 코일(L2 L3)은 필터링된 AC 전압 버스와 병렬 연결되어 있다. 각각의 코일에는 하나 이상의 제어 기기들이 결부되어 있다. 제1 분기는 코일 전류 크기를 제어하기 위해 각각의 대응하는 코일(L2 L3)과 직렬로 이루어진 AC 스위치(S3 S4)를 포함한다. 상기 제1 분기와 병렬로 이루어진 제2 분기는 코일 전류 위상을 제어하기 위해 대응하는 AC 스위치(S1 S2)와 직렬로 이루어진 커패시터(C2 C3)를 포함한다.
상기 회로(500)의 시뮬레이션은 도 6에 도시되어 있다. 도 6a는 L2의 전류 크기가 감소 될 때, L3의 전류는 일정하게 유지되는 반면, 훨씬 더 작은 인버터 전류는 약간 감소한다. 전류 파형들은 도 6b의 변경 전과 도 6c의 변경 후로 더 구체적으로 도시되어 있다.
제2의 대표적인 회로도(700)가 도 7에 도시되어 있다. 상기 인버터(6)는 2개의 MOSFET 스위치를 사용하는 하프 브리지이다. 상기 인버터(6)는 AC 전압을 AC 필터(L0 C0)에 공급한다. 각각의 송신 코일(L1 L2 L3)은 필터링 된 AC 전압 버스와 병렬 연결되어 있다. 각각의 코일에는 하나 이상의 제어 기기들이 결부되어 있다. 제1 분기는 코일 전류 크기를 제어하기 위한 AC 스위치(S1 S8 S10)를 포함한다. 상기 제1 분기와 병렬로 이루어진 제2 분기는 코일 전류 위상을 제어하기 위해 대응하는 AC 스위치(S2 S3 S9)와 직렬로 이루어진 커패시터(C6 C8 C10)를 포함한다.
상기 회로(700)의 시뮬레이션은 도 8에 도시되어 있으며 도 8은 L1의 전류가 L2와 동상(in phase)이지만, L3과 이상(out of phase)임을 보여준다.
제3의 대표적인 회로도(900)는 도 9에 도시되어 있다. 상기 인버터(6)는 2개의 MOSFET 스위치를 사용하는 하프 브리지(half bridge)이다. 상기 인버터(6)는 AC 전압을 공급한다. 각각의 송신 코일(L1 L2 L3)은 AC 전압 버스와 병렬로 연결되어 있다. 각각의 코일에는 하나 이상의 제어 기기들이 결부되어 있다. 제1 분기는 코일 전류 크기를 제어하기 위해 커패시터(C1 C3 C5)와 직렬로 이루어진 AC 스위치(FET1 FET3 FET5)를 포함한다. 상기 제1 분기와 병렬로 이루어진 제2 분기는 코일 전류 위상을 제어하기 위해 대응하는 AC 스위치(FET1 FET3 FET5)와 직렬로 이루어진 커패시터(C2 C4 C6)를 포함한다. 2개의 보상 커패시터(C7 C8)는 독립적으로 상기 AC 전압 버스와 병렬 연결되어 있으며, 각각의 보상 커패시터는 커패시터 전류를 제어하기 위해 대응하는 AC 스위치(FET7 FET8)와 직렬로 이루어져 있다.
제4의 대표적인 회로도(1000)는 도 10에 도시되어 있다. 상기 인버터(6)는 2개의 MOSFET 스위치를 사용하는 하프 브리지(half bridge)이다. 상기 인버터(6)는 AC 전압을 공급한다. 각각의 송신 코일(M1 M2 M3)은 AC 전압 버스와 병렬 연결되어 있다. 각 코일에는 하나 이상의 제어 기기가 결부되어 있다. 제1 분기는 코일 전류 크기를 제어하기 위해 커패시터(C1 C3 C5)와 직렬로 이루어진 AC 스위치(FET1 FET3 FET5)를 포함한다. 상기 제1 분기와 병렬로 이루어진 제2 분기는 코일 전류 위상을 제어하기 위해 대응하는 AC 스위치(FET1 FET3 FET5)와 직렬로 이루어진 커패시터(C2 C4 C6)를 포함한다. 공진 코일은 각각의 송신 코일에 느슨하게 연결(k는 0.01 내지 0.3이며 예컨대 실질적으로 약 0.2임)되며, 보상 커패시터(C9 C10 C11)는 공진 코일과 직렬 연결되어 있다. 2개의 부가적인 보상 커패시터(C7 C8)는 상기 AC 전압 버스와 병렬 연결되어 있으며, 각각의 부가적인 보상 커패시터는 커패시터 전류를 제어하기 위해 대응하는 AC 스위치(FET7 FET8)와 직렬 연결되어 있다.
상기 공진 코일 및 보상 커패시터 회로는 상기 송신기 기기의 동작 주파수와는 다른 주파수로 동조될 수 있다. 이는 동작 주파수보다 1~20% 낮을 수 있다. 예를 들면 상기 송신기 기기가 110kHz에서 동작하면 상기 공진기는 100kHz로 동조될 수 있다. 110kHz에서, 상기 공진기는 매우 작은 인덕턴스를 지니는 인덕터로서 시뮬레이션될 수 있다. 용량성이 요구되는 경우 공진 주파수는 상기 동작 주파수보다 1~20% 높아야 한다. 그러므로 송신 코일에 흐르는 전류가 적으면, 훨씬 큰 전류가 공진기 코일에 흐른다. 이것이 의미하는 것은 공진기 코일이 전력을 전송하는 데 필요한 용량성 보상 전류(VA)의 대부분을 제공함을 의미한다. 단지 작은 VA만이 상기 송신기 코일에 흐르기 때문에 이는 커플링 효율에 그다지 영향을 주지 않으면서 낮은 고유 Q를 지닐 수 있다.
이는 인버터 스위치들이 단지 훨씬 적은 전류들만을 스위칭하기만 하면 되기 때문에 훨씬 낮은 정격으로 평가되는 것을 허용할 수 있다. 스위칭 손실들 및 통전(通電) 손실들이 낮아질 수 있다. 상기 송신 코일 상에 반영된 실제 부하는 그의 전류가 훨씬 적기 때문에 더 쉽게 검출될 수 있다. 또한, 공진기 회로가 단지 수동 구성요소들로만 이루어지기 때문에 공진기 코일의 고유 Q를 증가시키는 것이 더 용이하다.
상기 송신기 기기가 상기 수신기 기기에 근접하게 될 때(커플링 상태가 양호할 경우), 페라이트가 존재할 가능성이 있으므로 코일들의 인덕턴스가 증가하게 되고 자동으로 생성된 총 VA가 감소하게 된다. 이로 인해 너무 많은 VA가 생성될 때 발생할 수 있는 과전압 상태들의 가능성이 회피된다.
상기 보상 커패시터를 상기 송신 코일에 연결하기 위해, 서로 다른 다양한 연결 배열들이 도 11에 도시되어 있다. 공진 코일 및 송신 코일은 하나가 다른 하나보다 큰 동심원 형태로 이루어질 수 있다. 대안으로, 단일 공진 코일은 다수의 송신 코일과 중첩될 수 있다. 다른 대안으로, 단일 공진 코일은 다수의 큰 송신 코일들 내에서 동심원 형태로 이루어질 수 있다.
도 12a는 공진 코일 전압이 송신기 코일보다 훨씬 높고 공진 코일 전류가 송신기 코일보다 훨씬 높다는 것을 보여준다. 도 12b는 송신기 코일 전류가 훨씬 낮기 때문에 서로 다른 부하 상태로 인해 위상 시프트를 감지하는 것이 훨씬 용이하다는 것을 보여준다.
도 13은 코일 전류들에 대한 제어로 코일들이 코어들의 필드들을 상호 보강하여 충전 매트 표면으로부터 직각인, 전체적으로 높은 필드 높이(z)를 생성할 수 있음을 보여준다. 이는 기기들이 먼 거리로부터 충전되는 것을 허용한다.
부가적인 실시 예가 도 14에 도시되어 있다. 요약하면, 공진기 코일들의 어레이는 수신기에 필드를 제공한다. 공진기 코일들은 공진기 코일들에 에너지를 공급하는 소스 코일에 연결될 수 있다. 수신기에 대한 필드 및 커플링을 최대화하기 위해서는 상기 코일들의 높이가 감소 되고 패킹 밀도(packing density)가 증가 될 수 있다. 마찬가지로, 상기 공진기 코일들은 생성된 필드에 대하여 높은 특이성 또는 분해능을 제공하기 위해 작고 많은 개수로 유지될 수 있다. 이는 다시금 불확실한 배향 또는 심지어는 더 높은 z 높이의 애플리케이션에서 상업적으로 실행 가능한 수신기에 대한 실제 연결을 허용할 수 있다. 적은 전류의 소스 코일에 대한 스위치 모드 스위칭을 제한함으로써, 스위칭 손실들이 최소화될 수 있다. 그러므로 공진 코일의 손실은 스위치의 Rds _on으로 제한된다. 각각의 공진 코일에 대한 스위치는 비-조절 스위치로 불릴 수 있다.
공진기 코일들(1402)의 어레이는 지그재그 배열로 도시되어 있다. 6개의 공진기 코일의 서브그룹들이 각각의 소스 코일(1404)에 할당 또는 결부되어 있다. 상기 서브 그룹들은 일반적으로 삼각형 어레이로 이루어져 있다. 각각의 공진기 코일은 대략 원형으로 이루어져 있다. 각각의 소스 코일은 대략 삼각형으로 이루어져 있다.
위치에 상관없이, 상기 소스 코일로부터의 필드가 마찬가지로 각각의 공진기 코일을 커플링하게 하기 위해, 그리고 각각의 공진기 코일에 의해 생성된 필드가 다시금 상기 소스 코일을 커플링하기 위해, 상기 소스 코일 형상은 원하는 필드 분포에 따라 설계되어야 한다. 예를 들면, 필드 밀도가 높을 때 공진기 코일들이 소스 코일의 중심에 가까워지는 경우, 상기 소스 코일이 더 적게 중첩되어야 하고, 필드 밀도가 낮을 때 공진기 코일들이 소스 코일의 중심에서 멀리 있는 경우, 소스 코일들은 더 많이 중첩되어야 한다. 삼각형 서브어레이의 경우, 소스 코일은 도 14에 도시된 바와 같이 대략 부메랑 형상을 이루고 있을 수 있다.
상기 소스 코일의 형상은 애플리케이션의 요구사항에 따라 설계될 수 있다. 예를 들면 초기 설계 고려사항은 공진 코일들의 레이아웃이다. 공진 코일들의 지그재그 어레이의 경우 일반적으로 삼각형 형상이 상대적으로 효율적입니다. 그러나 상기 공진 코일들이 정사각형 형태로 레이아웃 되면, 정사각형 형상의 소스 코일이 적합할 수 있다.
제조시, 상기 공진 코일들은 우선 형성 및 배열될 수 있는데, 예컨대 사이에는 어떠한 틈새도 없이 조밀하게 패킹될 수 있다. 상기 소스 코일의 기하학적 형상은 예상 제조 공차를 고려하여 자기장 필드 시뮬레이션 소프트웨어(magnetics simulation software)를 사용하여 최적화될 수 있다. 상기 최적화된 기하학적 형상을 기반으로 하여, 맞춤형 보빈이 제조 - 예컨대, CNC 기계가공 또는 3D 인쇄 - 될 수 있고, 그리고 나서 상기 보빈 상에는 상기 소스 코일이 권선될 수 있다. 그리고 나서, 상기 권선된 소스 코일은 상기 공진 코일들 상부에 장착될 수 있다.
상기 소스 코일의 설계는 각각의 공진기 코일 내의 자기장이 실질적으로 유사하게 하는 것일 수 있다. 이러한 문맥에서 실질적으로 유사하다는 것은 애플리케이션의 요구사항에 의존하게 된다. 예를 들면, 전형적인 소비자 충전 매트 애플리케이션에서 10% 미만의 커플링 계수의 차는 실질적으로 유사한 것으로 간주할 수 있다.
상기 공진기 코일들은 커패시터들과 직렬로 종단되고, 상기 공진 주파수는 IPT 동작 주파수에 근접하도록 선택된다. 동조 주파수가 동작 주파수에 얼마나 근접해 있는지에 따라 공진기 코일에 VAR이 얼마나 흐르게 되는지가 결정된다. 두 주파수가 근접하게 된다는 것은 공진기 회로 임피던스가 낮아지게 된다는 것을 의미하고 그럼으로써 VAR이 증가하게 되거나 "동조(resonate up)"될 수 있으므로 공진기 코일들이라는 명칭이 붙게 된 것이다. 2가지 타입의 코일들을 사용하면 소스 코일들에서는 낮은 VAR이 흐르게 되고 그럼으로써 각각의 소스 코일에 대한 스위칭 손실들이 낮아질 수 있다. 반면에, 그에 결부된 높은 스위칭 손실들 없이 상기 공진기 코일들에는 훨씬 높은 VAR이 흐르게 된다.
일부 실시 예들은 소스 코일들의 단일 층 어레이 및 공진기 코일들의 단일 층 어레이를 제공하며 상기 소스 코일들의 단일 층 어레이 및 공진기 코일들의 단일 층 어레이는 근접 위치하게 되고 상기 소스 코일들이 하나 이상의 공진기 코일들에 자기적으로 커플링되도록 이루어진다. 부가적인 실시 예들에서는, 공진기(또는 소스) 코일들의 부가적인 층들 또는 어레이들이 추가될 수 있다. 하나 이상의 인버터들은 개별적으로, 서브그룹들로, 또는 하나의 인버터가 모든 소스 셀들에 전력을 공급하는 형태로 상기 소스 코일들에 전기적으로 연결된다. 하나 이상의 공진기 코일들에 에너지를 공급하는 것은 소스 코일들의 스위칭, 및/또는 공진기 코일들의 선택 가능한 스위칭에 의해 달성될 수 있다.
그러므로 수신기에 전달되는 전력 및 전송 효율을 최대화하기 위해, 애플리케이션에 따라 다수의 상반된 설계 인자가 고려될 수 있다.
한가지 가능한 고려사항은 소스 및 공진기 코일들 양자 모두에 대한 양호도(quality factor) 또는 Q를 최대화하는 것인데, 그 이유는 이러한 것이 손실들을 낮추고, 결과적으로는 커플링 효율을 높이는 것과 동일시되기 때문이다. 높은 Q는 공진기 코일에 대해 더 중요한데, 그 이유는 상기 공진기 코일이 무효 전력(VAR)의 대부분을 차지하기 때문이다. 상기 공진기 코일 Q는 적어도 100일 수 있으며, 그보다 낮은 값은 커플링 효율이 매우 낮은 커플링 상태에서 50% 미만일 수 있음을 의미할 수 있다.
본원 명세서에 기재한 실시 예들 중 하나 이상의 실시 예들과 관련하여, Q가 400보다 클 가능성은 없다. 높은 Q를 얻기 위해서는 낮은 저항의 와이어가 사용될 필요가 있다. 코일 높이가 너무 크면, 코일의 하부가 수신기 코일로부터 더 멀리 떨어지게 되어 그 기여도가 낮게 되기 때문에 커플링 계수가 떨어지게 된다. 한 실시 예에서, 최대 높이는 직경 20mm의 공진기 코일 크기에 대해 약 5mm이다. 코일을 얇게 하는 단점은 코일 Q가 (와이어가 얇아지거나 권선수(turns)가 적어짐으로써) 아마도 축소되는 것이고, 그래서 최소 높이는 높이가 약 1mm 일 수 있다.
필드에 대해 원하는 분해능을 얻기 위해, 일부 애플리케이션들에서는 코일들의 수를 최대화하는 것이 바람직할 수 있지만 그래도 상기 공진기 코일들과 상기 소스 코일들 양자 모두의 중심부에서 페라이트 코어의 충분한 부분을 확보하는 것이 바람직할 수 있다. 추가로 공진기 코일들의 수가 많을수록 구성요소의 수는 많아지게 되고 코일들 및 코일들로의 에너지 공급에 대한 최적화 문제에 대한 복잡도가 높아진다.
공진기 코일 크기는 수신기 크기를 기반으로 하여 선택될 수 있다. 에너지를 공급받은 (하나 또는 다수의) 공진기 코일의 조합 영역은 결합 계수를 최대화하기 위해 수신기 코일과 대략 동일한 크기가 되어야 한다. 예를 들면, 32mm x 48mm 수신기 코일의 경우, 프로토 타입 공진기 코일 직경은 20mm로 선택되었고, 한 번에 2번 권선되어 대략 20mm x 40mm의 영역을 형성하게 된다. 큰 코일들의 경우, 더 적은 코일들이 함께 있어야 한다(예컨대, 직경이 40mm인 경우 단지 하나의 공진기 코일만 있어야 함). 그러나 유연성과 공간 분해능이 감소하게 된다. 그 반면에, 코일들은 너무 작아서는 아니 되는데, 그 이유는 원하는 등가 코일 크기를 만들기 위해 항상 더 많은 코일이 함께 권선될 수는 있지만 코일들을 작게 만들면 전체 전류 경로가 훨씬 길어지고 결과적으로는 손실들이 더 커지게 되기 때문입니다. 그러므로 대부분의 애플리케이션에서 4개 이하의 코일은 수신기 코일과 유사한 총 면적을 지녀야 한다.
한 대표적인 구성이 도 15에 도시되어 있다. 이러한 예에서, 상기 소스 코일은 1mm 직경 와이어의 1-10 권선수를 지니며, 공진기 코일은 100 스트랜드 0.063mm 리츠 와이어의 5-25 권선수이다.
소스 및 공진기 코일들은 권선된 와이어 코일일 가능성이 가장 크지만, 위에서 언급한 다른 코일 타입들이 애플리케이션에 따라 사용될 수 있다. 또한, 돌출 코어들(1504)를 지니는 페라이트 백플레인(1502)이 커플링 효율을 개선하는데 사용될 수 있다. 상기 소스는 특정 구성의 요구사항에 따라 공진기 코일들 아래에나 또는 상부(도 15 참조)에 있을 수 있다.
단일 소스 코일과 다중 공진기 코일의 조합으로 인해 시스템은 구성요소 허용오차들에 상대적으로 민감할 수 있다. 상기 공진기 코일들이 동작 주파수에 실질적으로 동조되기 때문에, 허용 오차들의 변화들은 임피던스 및 VA 등의 큰 변동들로 반영된다. 이러한 이유 때문에, 공진기의 VAR은 소스 코일의 VAR을 지나치게(예컨대, 10보다 크게) 초과해서는 아니 되는데, 그 이유는 이러한 것이 회로를 너무 민감하게 만들기 때문이다. 공진기의 VAR이 소스의 VAR보다 단지 약 5배 정도만큼만 높게 된다면 약 10% 미만의 구성요소 허용 오차들은 여전히 설계하는데 실현 가능해야 할 것이다.
도 16은 송신기 코일들의 어레이에 대한 한가지 대표적인 제어 전략을 보여준다. 이는 도 14의 공진기 코일 어레이 또는 직접 스위치 모드 조절 코일 어레이에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4c에서, 수신기의 양측 상의 코일들이 수신기에 직교하는 필드를 최대화하도록 제어된다. 수신기가 전자들 및/또는 페라이트 코어들에 대해 차폐를 할 가능성이 있는 경우 대안적인 수법은 수신기의 한 측 상의 코일들에만 에너지를 공급하는 것이다.
불확실한 수신기 배향에 대한 최악의 시나리오는 전력 송신 코일들에 수직인 수신기 전력 수신 코일이다. 전력 송신 코일들로부터의 1차 필드가 일반적으로 우세하게 직교하므로, 이는 최악의 배향에서 전력 수신 코일에 거의 커플링되지 않음을 의미한다. 이러한 대안적인 수법에서, 단지 수신기의 한 측 상의 코일들만이 에너지를 공급받기 때문에, 이는 유효 커플링을 위해 전력 수신 코일과 직교하기에 충분한 지점으로 복귀 경로 상의 방향을 변경할 기회를 필드에 허용한다. 플럭스의 상당 부분은 심지어 수직 배향에서도 수신기에 커플링된다고 말할 수 있다. 이러한 문맥에서 상당 부분은 애플리케이션에 따라 달라질 것이다. 예를 들면, 소비자 충전 매트에서, 이는 수평 배향에 대해 기대되는 최적의 커플링 계수의 30% 이상의 커플링 계수를 의미할 수 있다.
도 16은 2개의 공진기 코일(1602)이 수직 배향 코일을 커플링하기 위해 수신기에 진입되는 수평 플럭스 성분을 생성시키도록 수신기(1604)의 한 측 상에서 에너지를 공급받는 것을 보여준다. 이러한 배치에서, 한 측 상에서 수신기 바로 아래에 있는 코일들에 인접한 코일들이 에너지를 공급받는다. 이러한 제1 인접 열이 에너지를 공급받거나, 또는 복수 개의 인접 열들이 에너지를 공급받을 수 있다. 한 측(예를 들면, 스마트폰의 코어 측)으로부터 수신기에 진입되는 플럭스는 다른 한 측 상의 전자 구성요소들이 과다한 플럭스에 노출되는 것을 회피하면서 커플링을 가능하게 한다. 이는 상기 코일과 전자기기 간의 수신기에서의 차폐물의 사용에 으해 향상될 수 있다. 이러한 이점은 수신기의 하부(1606)에서 중첩하는 코일 또는 코일들에 에너지를 공급하지 않음으로써 그리고/또는 수신기(1608)의 배면 상의 코일들이 에너지를 공급받지 않게 함으로써 부가적으로 향상될 수 있는데, 그 이유는 이러한 것이 또한 수직 배향 수신기 코일에 효과적으로 커플링되지 않는 플럭스의 생성과 결부된 전력 손실들을 회피할 수 있기 때문이다.
변형적으로, 상기 수신기의 양측 상의 공진기 코일들은 상기 수신기의 수직 배향 코일을 통한 수평 플럭스를 강화시키기 위해 에너지를 공급받을 수 있다. 다시 상기 수신기 바로 아래에 있는 코일(들)은 스위치 오프될 수 있다. 이러한 배치는 전자 기기가 충분히 차폐되고 그리고/또는 코일이 전자기기에 의해 지지되지 않는 수신기들에 적합할 수 있다.
이러한 배치들은 단순한 인버터 및 스위칭 회로를 허용하는데, 그 이유는 코일들만이 각각의 여자 코일에 대한 위상 제어를 위해 배열하기보다는 선택적으로 스위칭될 필요가 있기 때문이다.
여기서 이해할 점은 일 예가 수직 배향 수신기 코일들과 관련하여 설명되었지만, 통상의 기술자라면 그러한 배열들이 또한 부분적으로 수직 배향된 수신기 코일들에 적합하다는 것을 알 수 있다는 점이다. 더군다나, 소스 코일들 및 공진기 코일들의 사용으로 단순한 인버터 설계 및/또는 감소된 스위칭 손실들이 제공되지만, 수신기의 한 측 또는 양측의 코일들에 에너지를 공급하는 실시 예들은 공진기 코일들 없이 소스 코일들만을 사용하여 구현될 수 있을 것이다.
수신기 위치 및 배향은 여러 방법, 예를 들면 이물질 검출 어레이를 사용하고 수신된 신호들을 스마트폰, 및 코일 및 그의 커플링의 상대적인 강도를 포함할 수 있는 금속과 상관시키는 방법으로 결정될 수 있다. 변형적으로, "허용된" 수신기는 자기적 커플링을 최대화하기 위해 수신기 코일 배향에 실질적으로 직교하게 정렬된 수신기를 통해 플럭스를 이루도록 적합한 소스 및/또는 공진기 코일들에 에너지를 공급하기 전에 허용된 기기 및 그의 위치 및 배향임을 충전 매트로 하여금 결정할 수 있게 하는 서로 다른 송신기들로부터의 RFID와 같은 신호들을 발생시킬 수 있다. 상기 수신기 코일 배향은 수신기 배향으로부터 결정될 수도 있고, 수신기의 타입 또는 모델을 통해 전달될 수도 있으며, 그리고/또는 송신기 코일들과의 커플링으로부터 결정될 수도 있다.
몇몇 실제 상황들에서, 이는 한 측의 코일들에 대한 단순한 에너지 공급, 및 하부에 있는 코일들에 대한 에너지의 무공급을 위해 최적으로 배향되지 않은 경우일 수 있다. 예를 들면, 도 16의 중간 도면에서, 수신기는 3개의 맨우측 코일을 가로질러 놓일 수 있지만, 상부 여자 코일을 가로 질러 또한 부분적으로 놓이도록 더 각이져 있을 수 있다. 이러한 상황에서 수신기를 통해 일부 수직 플럭스가 유입된다 하더라도 동일한 코일들이 에너지를 공급받을 수 있다. 변형적으로, 하단 맨좌측 코일들은 수직 배향 플럭스의 증가를 피하기 위해 에너지를 공급받을 수 있다. 이러한 상황들의 최적화는 애플리케이션의 요구사항에 따라 달성될 수 있다.
수평(수신기의 측(들)) 또는 수직(수신기 하부) 또는 이의 조합의 코일들에 에너지를 공급해야 할지는 수신기 코일의 배향각에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 실질적으로 45도 각도(예컨대, 35-55도)는 수신기 하부에 있는 코일들뿐만 아니라 한 측의 코일들의 제1 인접 열이 에너지를 공급받는 결과를 초래할 수 있다.
소정의 상황에서 어떤 코일을 턴온 시켜야 할지를 결정하기 위해, 수신기 위치 및/또는 배향을 결정하거나 코일 조합을 반복하여 최적화된 문제해결수법으로 향하게 하는 것이 바람직할 수 있다. 변형적으로 룩업 테이블이 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 송신기 기기는 Tx 표면 근처의 물질을 검출하기 위한 물질 검출 시스템(예컨대, 물질 검출 전용의 다른 한 코일)을 포함할 수 있다. 일단 물질이 검출되어 물체의 대략적인 위치가 알려지면, 인접한 소스 코일이 턴온될 수 있다. 물질이 Tx 표면으로부터 멀리 떨어져 있다면, 최대 전력 전송이 결정될 때까지 서로 다른 소스 코일들 및 공진기 코일들의 서로 다른 조합들이 테스트될 수 있다. 물질이 Tx 표면에 근접해 있어서 검출 단계 동안 상기 공진기에 의해 너무 많은 VA가 생성되는 경우에, 대체 검출 시퀀스는 소스 코일의 완만한 출력상승(ramp up)을 포함하거나 그러한 공진 코일들은 너무 근접해 있는 물질들이 존재하지 않은 것으로 결정될 때까지 초기에 턴온 되지 않는다.
일련의 소스 코일들 및 공진기 코일들을 제어하는 한 대표적인 회로는 도 17에 도시되어 있다. 2세트의 소스 코일들이 도시되어 있지만, 이는 임의의 구성으로 확장될 수 있을 것이다. 각각의 소스 코일(L1, L5)은 3개의 공진기 코일(L2 L3 L4, L6 L7 L8)에 연결되어 있다. 상기 소스 코일(L1)을 턴온 시키기 위해 M3가 턴온 되고, 그러면 L1을 통해 전류가 흐른다. 턴온 하게 되는 공진기 코일들의 조합에 따라, 공진기 코일들의 대응하는 직렬 MOSFET가 턴온 된다. 예컨대, L2를 턴온 시키기 위해, M4가 스위치 온된다. 상기 소스 코일과 공진기 코일들 양자 모두에서의 전류의 크기는 IPT 주파수에서 스위칭용 M3의 듀티 사이클에 의해 조정될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 실시 예들의 설명으로 예시되었지만, 그리고 상기 실시 예들이 구체적으로 설명되었지만, 그러한 세부로 첨부된 청구항들의 범위를 제한하거나 어떤 방법으로든 한정하는 것은 본원 출원인의 의도가 아니다. 추가적인 이점들 및 변형들이 통상의 기술자에게 용이하게 나타나게 될 것이다. 그러므로 더 넓은 관점에서의 본 발명은 특정한 세부들, 대표적인 장치 및 방법, 그리고 도시되고 기재된 전형적인 예들에 한정되지 않는다. 따라서, 본원 출원인의 총괄적인 발명 개념의 정신 또는 범위를 벗어나지 않고 그러한 세부들로부터의 일탈(逸脫)들이 이루어질 수 있다.

Claims (64)

  1. 유도식 전력 송신기에 있어서,
    상기 유도식 전력 송신기는,
    복수 개의 송신기 코일들;
    수신기에의 커플링(coupling)을 위해 상기 송신기 코일들에 선택 가능하게 에너지를 공급하도록 구성된 제어기를 포함하고
    상기 송신기 코일들은 상기 수신기의 배향, 전력 전송 최적화 알고리즘, 또는 룩업 테이블에 따라 선택되는, 유도식 전력 송신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신기 코일들은 상기 수신기에 내재하는 수신 코일의 배향에 따라 선택되는, 유도식 전력 송신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송신기 코일들은 평면 어레이로 배열되고, 상기 송신기 코일들은 플럭스를 생성하도록 선택되며, 상기 플럭스의 실질적인 성분은 수신기에 커플링하는, 유도식 전력 송신기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 실질적인 성분은 상기 수신기에 실질적으로 수직인, 유도식 전력 송신기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 실질적인 성분은 상기 유도식 전력 송신기와 실질적으로 평행한, 유도식 전력 송신기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 수신기 측 상의 코일들이 에너지를 공급받는, 유도식 전력 송신기.
  7. 제6항에 있어서,
    수신기 측 상의 코일들은 상기 송신기 상의 수신기 풋프린트와 중첩되는 하나 이상의 코일들에 인접하는, 유도식 전력 송신기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수신기 풋프린트와 중첩되는 코일들은 에너지를 공급받지 않는, 유도식 전력 송신기.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    수신기의 한 측 상의 코일들만이 에너지를 공급받는, 유도식 전력 송신기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도식 전력 송신기는,
    수신기의 배향을 결정하도록 구성된 수신기 검출 회로;
    를 더 포함하는, 유도식 전력 송신기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 개의 송신기 코일들은 복수 개의 소스 코일들; 및 상기 소스 코일들에 연결된 복수 개의 공진 코일들;을 포함하는, 유도식 전력 송신기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소스 코일들은 하나의 평면 어레이로 배열되고 상기 공진 코일들은 다른 하나의 평면 어레이로 배열되는, 유도식 전력 송신기.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    각각의 소스 코일은 2개 이상의 공진 코일과 결부되는, 유도식 전력 송신기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 소스 코일은 상기 결부된 공진 코일들의 둘레에 대해 주변부에서 실질적으로 삼각 형상, 부메랑 형상 또는 다른 불규칙한 형상을 이루는, 유도식 전력 송신기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도식 전력 송신기는,
    상기 송신기 코일들 중 일부에 전기적으로 연결된 하나 이상의 스위치 모드 인버터들;
    을 더 포함하는, 유도식 전력 송신기.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 유도식 전력 송신기 및 상기 유도식 전력 송신기에 커플링되는 수신기를 포함하는 유도식 전력 시스템.
  17. 유도식 전력 송신기에 있어서,
    상기 유도식 전력 송신기는,
    복수 개의 평면 송신 코일들;
    AC 공급원 신호를 제공하도록 구성된 인버터; 및
    복수 개의 제어 기기들로서, 각각의 제어 기기가 대응하는 송신 코일에 제공되는 상기 AC 공급원 신호를 조정하도록 구성된, 복수 개의 제어 기기들;
    을 포함하며,
    상기 복수 개의 송신 코일들에서 상기 조정된 AC 공급원 신호에 의해 생성되는 자기장 필드의 방향은 실질적으로 무제한형 유도식 전력 전송 수신기에 커플링(coupling)하도록 구성되는, 유도식 전력 송신기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 유도식 전력 송신기는,
    상기 AC 공급원 신호를 공급하도록 구성된 인버터;
    를 더 포함하는, 유도식 전력 송신기.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 복수 개의 송신 코일들은 평면이고, 중첩하고 그리고/또는 상호 자기적으로 디커플링(decoupling)되는, 유도식 전력 송신기.
  20. 제17항에 있어서,
    각각의 제어 기기는 상기 AC 공급원 신호의 크기를 조정하도록 구성된 기기, 및 상기 AC 공급원 신호의 위상을 조정하도록 구성된 기기를 포함하는, 유도식 전력 송신기.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 크기 조정 기기는 각각의 대응하는 송신 코일과 직렬로 이루어진 제1 AC 스위치이고, 상기 위상 조정 기기는 상기 제1 AC 스위치 및 상기 각각의 대응하는 송신 코일과 병렬로 이루어진 제2 AC 스위치 및 커패시터인, 유도식 전력 송신기.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 크기 조정 기기는 각각의 대응하는 송신 코일과 직렬로 이루어진 제1 AC 스위치이고, 상기 위상 조정 기기는 상기 제1 AC 스위치와 병렬로 이루어진 제2 AC 스위치 및 커패시터인, 유도식 전력 송신기.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 크기 조정 기기는 각각의 대응하는 송신 코일과 직렬로 이루어진 제1 AC 스위치 및 제1 커패시터이고, 상기 위상 조정 기기는 상기 제1 AC 스위치 및 상기 제1 커패시터와 병렬로 이루어진 제2 AC 스위치 및 제2 커패시터인, 유도식 전력 송신기.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 유도식 전력 송신기는,
    복수 개의 보상 커패시터들;
    을 더 포함하며, 상기 복수 개의 보상 커패시터들 각각은 대응하는 송신 코일에 자기적으로 커플링되는, 유도식 전력 송신기.
  25. 제24항에 있어서,
    각각의 보상 커패시터는 공진 코일과 직렬로 이루어지며, 상기 공진 코일은 대응하는 송신 코일에 자기적으로 커플링되는, 유도식 전력 송신기.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 공진 코일 및 상기 보상 커패시터는 공진 주파수를 지니며, 상기 공진 주파수는 AC 공급원 신호 주파수와 다른 것인, 유도식 전력 송신기.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 공진 주파수는 상기 AC 공급원 신호 주파수와 1% 내지 20% 다른 것인, 유도식 전력 송신기.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 공진 주파수는 상기 AC 공급원 신호 주파수보다 낮은, 유도식 전력 송신기.
  29. 제17항에 있어서,
    상기 유도식 전력 송신기는,
    상기 복수 개의 송신 코일들과 병렬로 이루어진 보상 커패시터;
    를 더 포함하는, 유도식 전력 송신기.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 보상 커패시터는 용량성 보상 레벨을 조정하도록 구성된 제어 기기를 포함하는, 유도식 전력 송신기.
  31. 제17항에 있어서,
    상기 복수 개의 제어 기기들은 송신기 표면에 직교하는 방향(z)으로 자기장 필드 높이를 실질적으로 최대화하도록 구성되는, 유도식 전력 송신기.
  32. 제17항에 있어서,
    수신기의 위치가 결정되고, 상기 복수 개의 제어 기기들이 전력 수신 코일에 직교하는 방향으로 자기장 강도를 실질적으로 최대화하도록 구성되는, 유도식 전력 송신기.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 복수 개의 제어 기기들은 상기 전력 수신 코일에 인접한 자기장 필드의 방향을 실질적으로 결정하도록 상기 수신기에 인접한 전력 송신 코일들의 하나 이상의 위상들을 제어하도록 구성되는, 유도식 전력 송신기.
  34. 제17항에 있어서,
    상기 유도식 전력 송신기는 유도식 전력 전송을 사용하여 셀룰러폰을 충전하기 위한 충전 매트로서 구성되는, 유도식 전력 송신기.
  35. 유도식 전력 송신기로서,
    상기 유도식 전력 송신기는,
    복수 개의 소스 코일들; 및
    상기 소스 코일들에 연결된 복수 개의 공진 코일들;
    을 포함하며,
    상기 복수 개의 소스 코일들 중 적어도 하나의 소스 코일로부터 상기 공진 코일들 중 2개 이상의 공진 코일들로 커플링되는 자기 플럭스가 실질적으로 유사한, 유도식 전력 송신기.
  36. 제35항에 있어서,
    각각의 소스 코일은 2개 이상의 공진 코일들과 결부되는, 유도식 전력 송신기.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 소스 코일과 상기 결부된 공진 코일들 각각 간의 커플링 계수는 10% 미만만큼 변하는, 유도식 전력 송신기.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 공진 코일들 각각의 둘레들은 실질적으로 밀집하게 간격을 유지하고 있는, 유도식 전력 송신기.
  39. 제38항에 있어서, 상기 간격은 0-5mm 인, 유도식 전력 송신기.
  40. 제36항에 있어서,
    각각의 소스 코일은 상기 결부된 공진 코일들 상에 배치되어 있으며, 낮은 소스 코일 플럭스 밀도의 영역에서 소정의 공진 코일의 큰 부분을 커버(cover)하고 높은 소스 코일 플럭스 밀도의 영역에서 소정의 공진 코일의 작은 부분을 커버하는, 유도식 전력 송신기.
  41. 제36항에 있어서,
    상기 결부된 공진 코일들은 지그재그 어레이로 배열된 3개 내지 10개의 코일을 포함하며, 상기 소스 코일은 상기 어레이 내에 배치되는, 유도식 전력 송신기.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 어레이는 주변부에서 실질적으로 삼각형, 원형, 직사각형 또는 정사각형의 형상을 이루는, 유도식 전력 송신기.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 소스 코일은 상기 어레이 둘레에 대해 주변부에서 실질적으로 삼각 형상, 부메랑 형상 또는 다른 불규칙한 형상을 이루는, 유도식 전력 송신기.
  44. 제35항에 있어서,
    상기 유도식 전력 송신기는,
    상기 소스 코일에 선택 가능하게 에너지를 공급하고 그리고/또는 상기 공진 코일들을 선택 가능하게 작동시키도록 구성된 제어기;
    를 더 포함하는, 유도식 전력 송신기.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 소스 코일들은 상기 제어기에 의해 결정된 듀티 사이클 및 유도식 전력 전송 주파수에 따라 스위치 모드 인버터에 의해 에너지를 공급받는, 유도식 전력 송신기.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 듀티 사이클을 결정하도록 구성되고 그리고/또는 상기 공진 코일들은 수신기 위치 및/또는 배향, 전력 전송 최적화 알고리즘, 또는 룩업 테이블에 따라 작동되는, 유도식 전력 송신기.
  47. 유도식 전력 송신기로서,
    상기 유도식 전력 송신기는,
    소스 코일들의 단일 층 또는 평면 어레이; 및
    상기 소스 코일들에 연결된 공진 코일들의 단일 층 또는 평면 어레이;
    를 포함하며,
    상기 소스 코일들은 선택 가능하게 에너지를 공급받고 그리고/또는 상기 공진 코일들은 수신기 위치 및/또는 배향, 전력 전송 최적화 알고리즘, 또는 룩업 테이블에 따라 선택 가능하게 작동되는, 유도식 전력 송신기.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 소스 코일들은 듀티 사이클 및 유도식 전력 전송 주파수에 따라 스위치 모드 인버터에 의해 에너지를 공급받는, 유도식 전력 송신기.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 공진 코일들은 스위치에 의해 작동되는, 유도식 전력 송신기.
  50. 제47항에 있어서,
    상기 공진 코일들은 100-400의 Q 값을 지니는, 유도식 전력 송신기.
  51. 제47항에 있어서,
    상기 공진 코일들의 높이는 0.5mm 내지 5mm인, 유도식 전력 송신기.
  52. 유도식 전력 송신기에 있어서,
    상기 유도식 전력 송신기는,
    복수 개의 소스 코일들; 및
    상기 소스 코일들에 연결된 복수 개의 공진 코일들;
    을 포함하며,
    상기 공진 코일들은 상기 소스 코일들보다 실질적으로 작고,
    상기 소스 코일들은 선택 가능하게 에너지를 공급받으며 그리고/또는 상기 공진 코일들은 수신기 위치 및/또는 배향, 전력 전송 최적화 알고리즘, 또는 룩업 테이블에 따라 선택 가능하게 작동되는, 유도식 전력 송신기.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 공진 코일들의 직경은 5mm 내지 50mm인, 유도식 전력 송신기.
  54. 유도식 전력 송신기로서,
    상기 유도식 전력 송신기는,
    복수 개의 송신기 코일들; 및
    상기 송신기 코일들에 선택 가능하게 에너지를 공급하도록 구성된 제어기;
    를 포함하며,
    실질적으로 수신기 기기의 한 측 상의 코일들만이 에너지를 공급받는, 유도식 전력 송신기.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 복수 개의 송신기 코일들은 복수 개의 소스 코일들; 및 상기 소스 코일들에 연결된 복수 개의 공진 코일들;을 포함하는, 유도식 전력 송신기.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 소스 코일들에 선택적으로 에너지를 공급하며 그리고/또는 상기 공진 코일들을 선택 가능하게 작동시키도록 구성되는, 유도식 전력 송신기.
  57. 제56항에 있어서,
    상기 선택 가능한 에너지 공급 및/또는 선택 가능한 작동은 수신기 위치 및/또는 배향, 전력 전송 최적화, 또는 룩업 테이블에 따라 이루어지는, 유도식 전력 송신기.
  58. 제54항에 있어서,
    상기 소스 코일들은 유도식 전력 전송 주파수 및 듀티 사이클에 따라 스위치 모드 인버터에 의해 에너지를 공급받는, 유도식 전력 송신기.
  59. 제58항에 있어서,
    각각의 공진 코일은 스위치에 의해 작동되는, 유도식 전력 송신기.
  60. 제54항에 있어서,
    상기 복수 개의 소스 코일들 중 적어도 하나로부터 상기 공진 코일들 중 2개 이상의 공진 코일들에 커플링되는 자기 플럭스는 실질적으로 유사한, 유도식 전력 송신기.
  61. 제54항에 있어서,
    각각의 소스 코일은 2개 이상의 공진 코일들과 결부되는, 유도식 전력 송신기.
  62. 제61항에 있어서,
    상기 결부된 공진 코일들은 지그재그 어레이로 배열되고, 상기 소스 코일은 상기 어레이 내에 배치되는, 유도식 전력 송신기.
  63. 제62항에 있어서,
    수신기의 한 측 상의 코일들은 상기 어레이 내의 2개 이상의 공진 코일들을 포함하는, 유도식 전력 송신기.
  64. 제63항에 있어서,
    상기 어레이 내의 상기 2개 이상의 공진 코일들은 상기 유도식 전력 송신기 상의 수신기 풋프린트와 중첩되지 않는, 유도식 전력 송신기.
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