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KR20100130215A - 유도송전장치 - Google Patents

유도송전장치

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Publication number
KR20100130215A
KR20100130215A KR1020107022956A KR20107022956A KR20100130215A KR 20100130215 A KR20100130215 A KR 20100130215A KR 1020107022956 A KR1020107022956 A KR 1020107022956A KR 20107022956 A KR20107022956 A KR 20107022956A KR 20100130215 A KR20100130215 A KR 20100130215A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
induction
transmission
signal
primary coil
Prior art date
Application number
KR1020107022956A
Other languages
English (en)
Inventor
요시 아잔콧
아미르 벤 샬롬
울라 그린왈드
애릭 로프
알프레드 레이보비츠
도브 로도스
노암 메유아스
Original Assignee
파우워매트 엘티디.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=41091306&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR20100130215(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 파우워매트 엘티디. filed Critical 파우워매트 엘티디.
Publication of KR20100130215A publication Critical patent/KR20100130215A/ko

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Abstract

본 발명은 유도송전에 관한 것으로, 구체적으로는 유도 파워리시버를 통해 전기부하에 무선으로 전력을 공급하는 유도 파워아울렛에 관한 것이다. 본 발명은 유도 파워리시버에 유도전력을 송전하기 위한 유도 파워아울렛, 상기 파워리시버를 파워아울렛에 정렬하기 위한 정렬기구, 및 상기 파워리시버에서 파워아울렛으로 제어신호를 보내기 위한 송신장치를 포함하는 유도송전장치를 제공하는데, 파워아울렛은 드라이버를 거쳐 전원에 연결되는 1차코일과, 1차 강자성 코어를 구비하고, 상기 드라이버는 1차코일에 고주파 진동전압을 공급하며; 파워리시버의 2차코일은 1차코일과 유도결합하고 전력조절기에 연결되며; 송신장치는 파워리시버에 연결된 발신기와, 파워아울렛에 연결된 신호 디텍터를 포함한다.

Description

유도송전장치{INDUCTIVE TRANSMISSION SYSTEM}
본 발명은 유도송전에 관한 것으로, 구체적으로는 유도 파워리시버를 통해 전기부하에 무선으로 전력을 공급하는 유도 파워아울렛에 관한 것이다.
기존의 유도결합은 유선연결 없이 전원에서 전기부하에 에너지를 전달하는 것이다. 전원은 1차코일에 유선연결되고 1차코일에 진동전압이 걸리면, 진동 자기장이 유도된다. 진동 자기장은 1차코일 가까이 있는 2차코일에 진동 전류를 유도한다. 이런 식으로, 2개의 코일을 도선으로 연결하지 않고도 1차코일에서 2차코일로 전기에너지가 송전된다. 1차코일에서 2차코일로 전기에너지가 송전될 때의 코일쌍은 유도결합된 것이라 한다. 이런 2차코일에 직렬로 유선연결된 전기부하는 1차코일에 유선연결된 전원에서 에너지를 끌어오되, 단 2차코일이 1차코일에 유도결합되었을 때만 그렇다.
이런 유도형 파워아울렛은 전선이 필요없기 때문에 점점더 많이 사용되고 있다.
저전력형 유도송전장치의 일례가 Hui의 미국특허 7,164,255에 소개되었는데, 이 장치는 평판형 유도배터리 충전기를 이용해 전자기기를 충전한다. 이 장치의 평판형 충전기의 충전면에 충전할 기기를 놓는다. 충전기 내부의 충전면과 병렬로 다수의 1차코일이 배치된다. 1차코일은 충전될 기기 내부의 2차코일과 유도결합한다.
이런 장치는 배터리를 충전할 정도의 비교적 낮은 전력에서 유도결합한다. 그러나, 이런 장치의 충전면의 베이스 유닛은 연속으로 에너지를 전달하기 위해 비교적 넓고 고른 면적을 필요로 하므로 컴퓨터, 전구, TV 등을 작동시키는데 필요한 고에너지 장치에는 적절치 못하다.
고에너지 유도송전장치에서의 에너지손실은 저전력 장치보다 큰 것이 보통이다. 저전력 장치에서는 많은 열이 쉽게 분산되지만, 결합되지 않은 고전력 1차코일이나 그 주변은 고온으로 되어 위험하다.
또, 고전력 1차코일의 진동전압은 진동 자기장을 일으킨다. 2차코일이 1차코일에 유도결합되면, 자속누설이 생겨 2차코일에 의해 전력이 인출된다. 전력을 인출할 2차코일이 없으면, 진동 자기장으로 인해 고에너지 전자기파가 전방향으로 방출되어, 신용카드의 데이터를 삭제하는 등의 부작용이 생기고 심장박동기를 단 사람에게는 심각한 위험을 일으킬 수 있다.
Sabo의 "Alignment independentand self aligning inductive power transfer system"이란 명칭의 미국특허 6,803,744는 무선으로 충전하는 유도송전장치를 소개한다. 이 장치는 변압기의 1차코일과 같은 역할을 하는 인덕터를 여럿 갖는다. 변압기의 2차코일은 기기 안에 배치된다. 기기를 송전장치 가까이 두어 양쪽 코일을 정렬하면, 송전장치에서 변압기를 거쳐 기기에 유도전력이 전달된다.
이 장치의 인덕터들은 어레이 형태로 배열되고, 인덕터들을 선택적으로 작동시키는 스위치들을 통해 전원에 연결된다. 이런 선택 스위치들은 전력은 보존하되 방해되는 전자기장은 없애기 위한 것이다. '744 특허는 전자기 누설의 문제점은 물론, 2차코일이 유효범위내에 있을 때에만 1차코일이 전원에서 에너지를 공급받아야 하는 문제도 있다. 또, 파워리시버가 대형이어서 소형 전기기기에는 비실용적이다.
본 발명은 종래의 이런 문제점들을 감안하여 안출된 것으로, 유도 파워아울렛에서 유도 파워리시버에 효율적이고 무선으로 편리하고 안전하게 전력을 전달하는 실용적인 유도송전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 요약
본 발명은 유도 파워리시버에 유도전력을 송전하기 위한 유도 파워아울렛, 상기 파워리시버를 파워아울렛에 정렬하기 위한 정렬기구, 및 상기 파워리시버에서 파워아울렛으로 제어신호를 보내기 위한 송신장치를 포함하는 유도송전장치를 제공하는데, 파워아울렛은 드라이버를 거쳐 전원에 연결되는 1차코일과, 1차 강자성 코어를 구비하고, 상기 드라이버는 1차코일에 고주파 진동전압을 공급하며; 파워리시버의 2차코일은 1차코일과 유도결합하고 전력조절기에 연결되며; 송신장치는 파워리시버에 연결된 발신기와, 파워아울렛에 연결된 신호 디텍터를 포함한다. 하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치. 이 정렬기구는 파워아울렛에 연결된 제1 소자와, 파워리시버에 연결된 제2 소자를 갖질 수 있다. 또, 발신기가 광학 이미터이고, 신호 디텍터는 광학 디텍터일 수 있다. 또, 본 발명은 이런 파워아울렛으로부터 유도전력을 받는 유도 파워리시버에 관한 것이기도 하다. 전력조절기는 파워아울렛의 AC 입력을 전기기기를 작동시키기 위한 DC 출력으로 변환하는 정류기를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 유도 파워리시버에 유도전력을 송전하기 위한 유도 파워아울렛을 구비하고, 파워아울렛의 1차코일은 드라이버를 거쳐 전원에 연결되며, 파워리시버의 2차코일은 1차코일과 유도결합하고, 2차코일은 전기부하에 전력을 공급하며, 열손실이 낮은 전파정류기를 더 구비한 유도송전장치도 제공한다. 이 장치는 a. 제1 출력단자에 연결된 아노드와, 제1 입력단자에 연결된 캐소드를 갖는 제1 반파정류기; b. 제1 출력단자에 연결된 아노드와, 제2 입력단자에 연결된 캐소드를 갖는 제2 반파정류기; c. 제1 입력단자에 연결된 아노드와, 제2 출력단자에 연결된 캐소드를 갖는 제3 반파정류기; 및 d. 제2 입력단자에 연결된 아노드와, 제2 출력단자에 연결된 캐소드를 갖는 제4 반파정류기;를 포함하고, 전파 정류기는 가변 극성의 입력단자로부터 일정 극성의 출력을 제공하고, 반파정류기는 전자식 스위치를 구비하는데, 이 스위치의 캐소드에 흐르는 전류가 임계치를 넘을 때 스위치가 ON 상태로 바뀐다. 또, a. 상기 제1 반파정류기가 제1 전자식 스위치를 구비하는데, 이 스위치는 캐소드에 흐르는 전류가 제1 임계치를 넘을 때 ON 상태로 바뀌고; b. 상기 제2 반파정류기가 제2 전자식 스위치를 구비하는데, 이 스위치는 캐소드에 흐르는 전류가 제2 임계치를 넘을 때 ON 상태로 바뀔 수도 있다. 또, 반파정류기들 중의 적어도 하나가 입력신호의 주파수와 동기적으로 ON/OFF되는 전자식 스위치를 갖추기도 한다. 한편, a. 제1 반파정류기가 제1 전자식 스위치를 갖고, 이 스위치는 캐소드에 흐르는 전류가 임계치를 넘을 때 ON 상태로 바뀌며; b. 제2 반파정류기가 제2 전자식 스위치를 갖고, 이 스위치는 캐소드에 흐르는 전류가 임계치를 넘을 때 ON 상태로 바뀌며; c. 제3 반파정류기가 제3 전자식 스위치를 갖고, 이 스위치는 제2 입력단자의 전압신호와 동위상으로 ON/OFF되며; d. 제4 반파정류기가 제4 전자식 스위치를 갖고, 이 스위치는 제1 입력단자의 전압신호와 동위상으로 ON/OFF되기도 한다. 이런전자식 스위치가 트랜지스터, MOSFET, 소스, 드레인 및 게이트가 달린 MOSFET; MOSFET와 병렬로 상기 소스와 드레인에 연결된 반파정류기; 및 드레인전류가 제1 임계전류보다 클 때는 상기 MOSFET가 ON 상태로 바뀌고 드레인전류가 제2 임계전류보다 작을 때는 MOSFET가 OFF 상태로 바뀌도록 드레인에 흐르는 드레인전류를 감시하고 게이트에 게이트 신호를 보내는 전류모니터를 포함한다. 이런 전류모니터는 변류기일 수 있다.
본 발명은 또한, 드라이버를 거쳐 전원에 연결된 1차코일을 갖는 유도 파워아울렛을 갖고; 1차코일은 전기부하에 연결된 2차코일과 유도결합을 하며; 2차코일은 유도 파워리시버에 연결되고; 드라이버는 1차코일에 구동전압을 공급하며; 구동전압은 유도결합의 공진주파수와 다른 송전주파수로 진동하는 유도송전장치도 제공한다. 이때, 드라이버가 1차코일을 전원에 단속적으로 연결하기 위한 스위치를 포함하기도 한다. 또, 유도전압이 주파수와 선형으로 변하는 범위내에 송전주파수가 속하기도 한다. 또, 드라이버가 피드백신호에 응답해 송전주파수를 조절하기도 한다. 또, 파워아울렛이 제1 신호와 제2 신호를 감지하는 신호디텍터를 포함하고, 드라이버는 신호디텍터가 제1 신호를 감지했을 때는 송전주파수를 높이고 제2 신호를 감지했을 때는 송전주파수를 낮출 수 있다. 또, 피드백신호가 전기부하의 작동변수에 관한 데이터를 반송할 수 있는데, 이때의 작동변수는 전기부하에 필요한 작동 전압, 전류, 온도, 전력; 전기부하에서 측정된 작동 전압, 전류, 온도, 전력; 1차코일에 공급된 전력, 2차코일이 받은 전력; 및 사용자 식별코드 중의 어느 하나일 수 있다. 또, 신호디텍터가 광학 디텍터, 무선수신기, 오디오 디텍터 또는 피크전압 디텍터일 수 있다. 또, 드라이버가 1차코일의 1차전압의 진폭을 감시하는 전압모니터를 더 포함할 수 있는데, 이런 전압모니터는 1차전압의 대폭적인 증가를 감지한다.
본 발명에 따른 유도송전장치는 변압기, DC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터, AC-AC 컨버터, 플라이백 트랜스포머, 플라이백 컨버터, 풀브리지 컨버터, 하프브리지 컨버터 및 포워드 컨버터 중에서 선택된 파워 컨버터를 더 포함할 수 있다.
또, 구동전압이 유도결합의 공진주파수보다 높은 송전주파수로 진동하고; 이때, 1차코일이 수신회로에 연결되고, 이 수신회로에는 1차코일의 1차전압의 진폭을 감시하는 전압모니터가 달려있으며; 2차코일은 송신회로에 연결되어 전기소자를 2차코일에 연결해 공진주파수를 증가시키며; 제어신호가 송신회로에서 수신회로로 전송된다. 이 경우, 2차코일이 브리지 정류기의 2개 입력단자에 연결되고, 전기부하는 브리지 정류기의 2개 출력단자에 연결되며, 송신회로는 브리지 정류기의 한쪽 입력단자와 한쪽 출력단자에 연결될 수 있다. 또, 송신회로가 입력신호로 비트율신호를 변조하여 변조신호를 생성하는 변조기와, 변조신호에 맞게 2차코일에 전기소자를 단속적으로 연결하는 스위치를 더 포함하기도 한다. 또, 전압모니터가 1차전압의 진폭을 비트율 신호와 연계하여 출력신호를 생성하는 코릴레이터를 더 포함하기도 한다. 또, 제어신호가 2차코일에서 1차코일로 피드백 신호를 보내 유도결합을 통한 전력송전을 조절하기도 하는데, 이때는 드라이버가 피드백신호에 응답해 송전주파수를 조절하하거나, 유도전송장치가 제1 신호와 제2 신호를 전송하고, 드라이버는 리시버가 제1 신호를 받으면 상기 송전주파수를 높이고, 리시버가 제2 신호를 받으면 상기 송전주파수를 낮춘다.
본 발명은 또한, a. 유도 파워아울렛에서 전력을 받는 유도 파워리시버; b. 파워리시버를 전기기기에 도선으로 연결하는 파워커넥터; 및 c. 파워리시버가 동작중일 때 사용자가 안전하게 어댑터를 다룰 수 있드록 파워리시버와 단열되어 있고 어댑터를 취급하기 위한 그립;을 포함하는 유도 파워어댑터도 제공한다. 이런 유도어잽터는 PCB나 냉각장치를 더 포함할 수 있고, 파워리시버가 50W 이상의 전력을 공급하기도 하는데, 냉각장치는 파워리시버 위에 위치하는 배기공과 파워리비서 밑에 위치하는 흡기공을 구비하여, 파워리시버에서 가열된 고온 공기는 상기 배기공을 통해 나가고 외부의 찬 공기는 흡기공을 통해 들어오도록 할 수 있다. 또, 파워리시버에서 생긴 열을 방열하기 위한 히트싱크로서 금속 디스크를 사용할 수도 있다. 이 경우 히트싱크의 직경이 어댑터의 케이싱의 내경보다 작아 히트싱크와 케이싱 사이에서 공기가 순환되도록 한다.
본 발명은 또한, 유도결합된 전기부하가 없을 때 유도 파워아울렛의 전력 송전을 방지하는 송전-가드도 제공하는데, 파워아울렛의 1차코일은 전원에 연결되고 전기부하에 연결된 2차코일과 유도결합을 하며; 송전-키가 없을 때는 상기 1차코일이 전원에 연결되는 것을 방지하는 송전-락을 사용한다. 이런 송전-락은 자기스위치를 포함하고, 송전-키는 2차코일에 연결된 자기소자를 포함할 수 있는데, 이 경우, 송전-락이 자기소자와 일치하여 작동되었을 때만 1차코일을 전원에 연결하는 일련의 자기스위치들을 가질 수 있다. 또, 자기스위치가 자기센서를 포함할 수 있다. 또, 해제신호를 내는 이미터와 해제신호를 감지하는 디텍터를 이용할 수 있는데, 이때 송전-키는 이미터와 디텍터 사이를 브리지하기 위해 2차코일과 연결된 브리지를 구비하여, 2차코일이 1차코일과 정렬되었을 때만 해제신호가 이미터에서 디텍터로 보내지도록 한다. 이 경우, 해제신호가 광신호이고 브리지가 도파관이거나, 해제신호가 자기신호이고 상기 브리지가 자속가이드일 수 있다. 또, 송전-키가 2차코일과 연결된 이미터에서 방출된 해제신호를 포함할 수 있는데, 이때의 해제신호는 광신호이고, 광신호로는 송전-락을 해제하기 위해 디텍터에 의해 수신되는 적외선 펄스이고 해제신호는 자기신호일 수 있다. 이때의 이미터는 2차코일일 수 있다. 또, 1차코일에서 저전력 전력펄스를 송전하여, 2차코일이 1차코일과 정렬되었을 때 전력펄스가 2차코일로 송전되고 이런 전력펄스에 의해 송전-키가 작동되도록 할 수도 있다. 또, 2차코일의 존재 가능성을 나타내는 제1 송전-키에 의해 해제되는 제1 송전-락과, 2차코일의 존재를 확인하는 제2 송전-키에 의해 해제되는 제2 송전-락을 이용할 수도 있다. 이 경우, 제1 송전-락이 1차코일에서 전력펄스를 송전시키고, 상기 제2 송전-키는 2차코일이 받는 전력펄스에 의해 작동되는 것이 바람직하다. 또, 자기소자가 페라이트 자속가이드 코어를 포함할 수 있다. 또, 해제신호로는 기계식 신호, 오디오 신호, 초음파 신호 또는 마이크로파가 포함된다.
본 발명은 또한 유도 파워아울렛에서 전력을 받기 위한 유도 파워리시버를 갖는 유도송전장치도 제공하는데, 파워아울렛의 1차코일이 드라이버를 통해 전원에 연결되고, 파워리시버의 2차코일은 상기 1차코일에 유도결합하여 전기부하에 전력을 공급하며; 1차코일에서 2차코일로 자속을 안내하는 자속가이드를 포함하고, 이 자속가이드가 비정질 강자성체를 갖는다. 이 경우, 비정질 강자성체의 두께가 30미크론 미만이거나, 비정질 강자성체가 2개의 폴리머층 사이에 위치하는 것이 좋다. 또, 자속가이드가 다수의 비정질 강자성체 층을 포함하고, 이런 강자성체 층들은 절연재에 의해 서로 분리될 수도 있다. 또, 자속가이드가 비정질 강자성체의 웨이퍼일 수 있는데, 이 경우, 와전류의 축적을 줄이기 위해 웨이퍼에 슬릿이 형성되는데, 가급적 웨이퍼가 원형이고 슬릿이 반경 방향으로 뻗는 것이 좋다. 또, 웨이퍼가 비정질 강자성체 시트를 절단한 것일 수도 있다. 또, 자속가이드가 비정질 강자성체로 된 마이크로와이어 클로스일 수 있다.
본 발명은 또한, 유도 파워아울렛에서 유도 파워리시버에 유도전력을 송전하고, 파워아울렛의 1차코일은 드라이버를 통해 전원에 연결되며, 유도리시버의 2차코일은 1차코일에 유도결합하고, 상기 2차코일이 전기부하에 전력을 공급하는 유도송전장치도 제공하는데, 이 장치는 a. 캐소드에 흐르는 전류가 임계치를 넘을 때 ON 상태로 바뀌는 전자식 스위치를 갖춘 저열손실 전파정류기; b. 상기 전원과 1차코일을 연결하고, 상기 1차코일에 구동전압을 공급하며, 이 구동전압이 1차코일과 2차코일 사이의 유도결합 공진주파수와는 다른 송전주파수로 진동하는 드라이버; c. 상기 파워리시버가 동작중일 때 사용자가 상처 없이 다룰 수 있도록 파워리시버와는 단열되어 있는 유도 파워어댑터; d. 유도결합된 전기부하가 없을 때는 상기 파워아울렛의 전력 송전을 방지하고, 송전-키가 없으면 1차코일의 전원에의 연결을 방지하는 송전-락이 달린 송전-가드; 및 e. 상기 1차코일에서 2차코일로의 자속을 안내하고, 비정질 강자성체로 된 자속가이드;를 포함하는 군에서 선택된 요소들 중의 적어도 하나를 포함한다.
도 1a~b는 본 발명에 따른 유도송전장치에 사용되는 유도 파워아울렛과 유도 파워리시버의 개략적 사시도와 평면도;
도 1c는 유도송전장치의 주요부의 블록도;
도 2a는 2차부(2300)가 전기부하(2340)에 연결되지 않은상태에서 유도 파워아울렛(220)이 전력을 송전하지 못하도록 하는 송전-가드(2100)의 블록도;
도 2b는 송전-가드(2100)로 보호되는 파워아울렛(2200)의 사시도;
도 2c~e는 능동형 광학 송전-키로 송전-락이 해제되는 본 발명에 따른 송전-가드의 개략적 사시도;
도 3a는 기존의 전파 정류기의 회로도;
도 3b는 기존의 파워 MOSFET의 회로도;
도 4a는 동기 전파정류기(4200)의 회로도;
도 4b는 제2의 동기 전파정류기(4300)의 회로도;
도 4c는 전류작동 동기정류기(4330)의 회로도;
도 4d는 1) 캐소드(4334)와 아노드(4336) 사이의 전압강하(Vd)와, 2) 드레인전류(Id)와, 3) 1 전압 사이클 동안의 MOSFET 상태를 보여주는 3개의 그래프;
도 4e는 본 발명에 따라 유도 파워리시버 안에 설치된 동기 전파정류기(4400)의 회로도;
도 5a는 본 발명의 다른 예에 따라 유도 파워어댑터(5100)를 거쳐 파워아울렛(5200)에서 전력을 받는 랩탑컴퓨터(5300)를 보여주는 개략도;
도 5b는 본 발명의 다른 예에 따른 유도 파워어댑터의 사시도, 5c는 전개도, 5d는 단면도;
도 5e~f는 2차코일(5220), 자속가이드(5260) 및 PCB(5270)를 갖춘 파워리시버(5200)가 파워아울렛의 1차코일로부터 유도전력을 받는 것을 보여주는 전개사시도 및 결합상태 사시도;
도 6a는 비공진 주파수에서 전력을 송전하는 유도송전장치(6100)의 주요부의 블록도;
도 6b는 작동전압의 크기가 송전주파수에 따라 변하는 과정을 보이는 그래프;
도 6c는 유도 파워아울렛에서 전력을 받는 랩탑컴퓨터의 개략도;
도 6d는 간단한 피드백신호를 이용한 전력조절법의 순서도;
도 6e는 파워아울렛(6200)과 2차부(6300)의 회로도;
도 7a는 유도 파워아울렛(7200)이 원격 2차부(7300)에 전력을 공급하는 유도송전장치(7100)의 주요부의 블록도;
도 7b는 송전주파수에 맞게 작동전압이 변하는 과정을 보여주는 그래프;
도 7c는 본 발명의 다른 예에 따른 유도 파워아울렛(7200)과 2차부(7300)의 회로도;
도 7d는 2차코일에서 1차코일로 신호를 송신하는 방법을 보여주는 순서도.
도 1a~b에는 본 발명에 따른 유도송전장치(100)에 사용되는 유도 파워아울렛(200)과 유도 파워리시버(300)가 도시되어 있다.
유도 파워아울렛(200)의 플랫폼(202)에 4개의 1차코일(220a~d)가 설치되어 있다. 유도 파워리시버(300)의 휴대폰(342) 케이스(302)에 2차코일(320)가 설치된다. 휴대폰(342)을 케이스(302)에 끼우면, 파워커넥터(304)에 의해 2차코일(320)가 휴대폰(342)에 연결된다. 도 1a에의하면, 유도 파워리시버(300)를 1차코일(220b)와 일치되게 플랫폼(202) 위에 두면, 2차코일(320)가 1차코일(220b)와 유도결합한다.
도 1c는 유도송전장치(100)의 주요부의 블록도이다.
유도 파워아울렛(200)의 1차코일(220)는 드라이버(230)를 통해 전원(240)에 유선연결된다. 드라이버(230)는 일반적으로 1차코일(220)에 진동전압을 공급하기 위한 스위치와 같은 전자부품을 포함한다. 1차코일(220)에 진동전압이 걸리면 주변에도 진동 자기장이 생긴다.
유도 파워리시버(300)의 2차코일(320)는 정류기(330)를 통해 전기부하(340)에 유선연결된다. 1차코일(220)의 진동 자기장 안에 있는 2차코일(320)에 2차전압이 유도된다. 2차전압은 전기부하(340)를 작동시키는데 사용된다. 2차코일(320)에 유도된 2차전압이 교류전류(AC)를 일으킴에 주의하자. 전기부하(340)가 예컨대 전기화학전지를 충전시키기 위해 직류전류(DC)를 필요로 할 경우, 정류기(330)를 통해 AC를 DC로 변환한다.
실용화되거나 상업적으로 증명되지 못한 기존의 유도송전장치와는 대조적으로, 본 발명의 장치는 유도 파워아울렛(200)에서 파워리시버(300)로의 전력전달 효율을 개선하는 요소들을 더 포함한다. 예컨대, 신호전달장치(400), 정렬기구(500) 및 자속가이드(600)를 예로 들 수 있다.
신호전달장치(400)는 파워리시버(300)와 파워아울렛(200) 사이에 신호전달 채널을 제공하고, 파워리시버(300)에 관련된 발신기(420) 및 파워아울렛(200)에 관련된 신호검출기(440)를 포함한다. 신호는 파워리시버(300)의 존재 확인, 전력전달 조절, 필요한 전력송전변수 송신 등의 여러 기능을 실행할 수 있다. 마지막 기능은 특히 다단 레벨로 작동하는 장치에 특히 유용하다. 광학, 유도, 초음파 발신기, 또는 이들의 조합 등의 여러가지 신호전달장치를 이용할 수 있다.
정렬기구(500)는 2차코일(320)와 1차코일(220)를 정렬시켜 유도송전장치(100)의 효율을 개선하기 위한 것이다. 사용자가 1차코일(220)를 직접 볼 수 있는 곳에서는 2차코일(320)를 눈으로 직접 보면서 정렬할 수 있다. 그러나, 1차코일(220)가 가려져 보이지 않으면, 정렬기구(500)가 필요하다. 이런 정률기구(500)는 촉감, 시각, 청각 등을 이용한다.
자속가이드(600)는 자속을 1차코일(220)에서 2차코일(320)로 안내하고 유도송전장치(100)에서 부근의 금속이나 다른 도체로 자속이 누설되는 것을 방지하기 위한 것이다.
종래의 유도송전장치는 무선으로 전기장치를 작동시키기에는 비효율적이거나 비실용적인 것이 대부분이었다. 그 결과, 오랫동안 전선을 줄일 필요성을 느꼈음에도 불구하고, 유도송전의 이용이 배터리 충전과 같은 저전력 분야에 한정되었다. 실용적이기 위해서는, 유도송전장치가 효율적이고 안전하면서도 걸리적거리지 않아야 하고, 특히 경박소형일 필요가 있다. 뒤에 설명하겠지만, 본 발명은 이런 요건을 만족하는 유도송전장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 특징은:
- 유도 파워리시버(300)가 없을 때의 유도 파워아울렛(200)의 전력송전을 금지하는 송전-가드;
- 다이오드에서의 열손실을 줄이기 위한 전자스위치를 이용하는 AC-DC 정류기(330);
- 사용자가 편리하고 안전하게 유도 파워리시버(300)를 다룰 수 있도록 파워리시버에 방열시스템 구비;
- 1차코일(220)와 2차코일(320) 사이의 자속누설은 개선하고 주변으로의 자속누설은 방지하는 얇은 재료로 자속가이드(600)를 구성;
- 유도결합의 공진주파수와는 상당히 다른 송전주파수로 진동하는 구동전압을 일으키도록 드라이버(230)를 구성.
이상의 어떤 특징도 종래의 기술에 비해 상당한 개선을 달성한다. 그러나, 유도송전장치가 실제로 전기기기를 작동시키려면 위의 특징들을 적어도 2가지 이상은 갖춰야 한다. 이들 특징을 갖는 본 발명에 대해 이하 자세히 설명한다.
송전-가드
도 2a는 2차부(2300)가 전기부하(2340)에 연결되지 않은상태에서 유도 파워아울렛(220)이 전력을 송전하지 못하도록 하는 송전-가드(2100)의 블록도이다.
유도 파워아울렛(2200)의 1차코일(2220)은 전원(2240)에 연결되고, 전기부하(2340)에 연결된 2차코일(2320)와 유도결합한다. 1차코일(2220)은 드라이버(2230)를 통해 전원(2240)에 연결되고, 드라이버는 1차코일(2220)를 구동하는데 필요한 전자소자들, 예컨대 고주파 진동전압원을 제공하는 스위치 등을 제공한다. 피워아울렛(2200)의 1차코일(2220)이 하나 이상이면, 드라이버(2230)는 구동될 1차코일을 선택할 셀렉터를 포함한다.
이런 송전-가드(2100)는 전원(2240)과 1차코일(2220) 사이에 직렬로 연결된 송전-락(2120)을 구비한다. 송전-락(2120)은 송전-키(2140)로 풀리지 않는 한 1차코일(2220)이 전원(2240)에 연결되지 못하게 한다. 송전-키(2140)는 2차부(2300)와 관련이 있는 것으로, 2차코일(23220)이 1차코일(2220)에 정렬되었음을 표시하는 역할을 한다.
도 2b는 송전-가드(2100)로 보호되는 파워아울렛(2200)의 사시도이다. 2차부(2300)가 정렬된 상태에서만 파워아울렛(2200에 의해 전력이 공급된다.
보호중인 파워아울렛(2200)의 자기 송전-락(2120)에 들어있는 다수의 자기스위치(2122)는 1차코일(2220)과 드라이버(2230) 사이에 직렬로 연결된다. 다수의 자기소자들(2142)을 갖춘 송전-키(2140)은 승인된 2차부(2300) 안에 배치된다.
송전-키(2140) 안의 자기요소들은 송전-락(2120) 안의 자기스위치(2122)와 매칭되도록 구성된다. 송전-키(2140)와 2차코일(2320)이 각각 송전-락(2120) 및 1차코일(2220)과 정렬되면 승인된 2차부(2300)가 파워아울렛(2200)과 정렬된 것이다. 제대로 정렬이 이루어졌으면, 송전락(2120) 내의 모든 자기스위치(2122)가 닫혀 드라이버(2230)가 1차코일(2220)에 연결된다.
리드스위치나 홀효과센서와 같은 자기스위치(2122)는 영구자석이나 전자석의 N극이나 S극과 같은 자기요소(2142)에 민감하다. 홀효과센서는 일정 강도의 자기장을 감지한다.
송전-키(2140)는 2차부(2300)에 설치된 영구자석과 강자성체로 구성된다. 이런 종류의 송전-키에서 생긴 자기장의 특성은 영구자석의 강도와 위치는 물론 강자성체의 크기와 특성에 좌우된다. 송전-락(2120)은 단극 홀스위치와 같은 자기스위치로 구성되고, 이들 스위치는 영구자석 및 강자성체의 특정 조합에 의해 작동되었을 때만 1차코일(2220)을 드라이버(2230)에 연결하도록 배치된다.
1,2차 코일들(2220,2320)의 정렬을 돕기 위해 영구자석을 사용한다. 강자성체는 1차코일(2220)에서 2차코일(2320)로 자속을 안내하기 위해 2차부(2300) 안에 배치한다. 송전-락(2120)은 따라서 이들 요소에 민감하다. 각종 2차요소들을 감지하고 감지된 2차요소에 맞는 1차코일(2220)을 선택하는 하나의 자기 송전-락(2120)이 있을 수도 있다.
도 2a의 송전-가드(2100)에 의하면, 디텍터(2124)가 해제신호 SR을 받았을 때 풀리는 송전-락(2120)에 의해 파워아울렛(2200)이 보호된다. 해제신호 SR은 송전-키(2140)에 의해 능동적으로 방출되지만, 송전-키가 수동적으로 해제신호를 디텍터(2124)로 보낼 수도 있다.
수동 송전-키(2140)의 일례가 도 2c~e에 도시되었는데, 여기서는 광학 송전-가드(2100)를 이용한다.
송전-가드(2100)는 파워아울렛(2200') 안에 설치된 능동형 광학 송전-락(2120')과, 2차부(2300) 안에 설치된 수동형 광학 송전-키(2140')로 이루어진다.
도 2c에서, 송전-락(2120')은 스위치(2122'), 포토다이오드, 포토트랜지스터, 감광소자 등의 광학 디텍터(2124'), 및 LED와 같은 광학 이미터(2126')를 포함한다. 스위치(2122')는 평상시는 열려있지만 디텍터(2124')에서 해제신호 SR를 받았을 때는 닫히면서 1차코일(2220)를 드라이버(2230)에 연결한다. 광학 이미터(2126')는 광학 디텍터(2124')에서 직접 감지하지 못하는 해제신호 SR를 방출한다.
도 2d에 의하면, 송전-키(2140')의 브리지(2142')는 도파관, 광섬유, 반사기를 포함하는 요소로서, 2차코일(2320)이 1차코일(2220)과 정렬되었을 때 이미터(2142')의 해제신호 SR를 디텍터(2126')로 보내기 위한 것이다.
2차부(2300)가 도 2e와 같이 파워아울렛(2200)에 정확히 정렬되면, 2차코일(2320)이 1차코일(2220')과 정렬되고 송전-키(2140')가 송전-락(2120')과 정렬되어, 해제신호 SR이 디텍터(2126')에 의해 감지되고 스위치(2122)가 닫혀 1차코일(2220)이 드라이버(2230)에 연결된다.
적외선을 일부라도 투과시키는 지료가 많은데, LED에서 나오는 비교적 낮은 강도의 적외선은 플라스틱, 카드보드, 포미카, 종이 등을 수백 마이크론 두께도 투과하므로, 디텍터(2124')가 0.1~2mm 두께의 이런 재료 뒤에 가려져 있어도 해제신호를 받아서 처리할 수 있다. 예컨대, 24도 이상의 온도에서 850nm를 투과하는 Avago HSDL-4420 LED의 신호를 0.8mm 포미카 시트 뒤에 있는 Everlight PD15-22C-TR8 NPN 포토다이오드에서 감지할 수 있다. 신호용으로는 큰 정도의 감쇠도 인정되므로, 투과된 신호 강도의 0.1% 정도만 투과해도 충분하다.
이상 설명한 이외의 다른 종류의 수동 송전키에 다른 종류의 해제신호 안내를 위한 브리지를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 홀효과센서와 같은 자기 디텍터에 해제신호를 보내기 위해 강자성체 브리지를 설치할 수 있다. 이 경우 자기 이미터가 1차코일 자체일 수 있다.
한편, 도파관을 따라 저전력 마이크로파가 안내되거나, 밀집 소자들을 통해 오디오신호가 안내될 수도 있다.
능동 광학 송전-키(2140")의 일례가 도 2f에도시되었는데, 여기서 사용되는 송전-가드(2100")는 파워아울렛(2200) 안에 설치된 송전-락(2120")과, 2차부(2300) 안에 설치된 능동 광학 송전-키(2140")를 포함한다.
송전-키(2140")의 광학 이미터(2142")는 광학 해제신호 SR을 방출하고, 송전-락(2120")은 스위치(2122")와 디텍터(2124")를 갖추고 있다. 디텍터(2124")가 해제신호 SR을 받으면 송전-락(2120")은 스위치(2122")를 닫아 1차코일(2220)을 드라이버(2230)에 연결한다. 2차부(2300)가 파워아울렛(2200)과 정렬되면, 송전-키(2140")이 해제신호 SR을 방출하고, 이 신호는 디텍터(2124")에서 감지되어 스위치(2122")가 닫히고, 파워아울렛(2200")에 의해 2차코일(2320)에 전력이 송전된다.
해제신호 SR가 고유 식별자를 제공하도록 코딩할 수도 있는데, 이런 코딩은 주파수, 펄스수, 진폭 등을 변조하여 이루어진다. 예를 들면 이런 코드를 이용해 승인을 위한 2차부의 종류나 정체를 확인할 수 있다. 해제신호에 다른 데이터도 실을 수 있는데, 예를 들면 필요한 송전변수, 요금정보 등이 있다.
이상 설명한 송전-키(2140") 이외의 다른 능동형 송전키가 다른 종류의 해제신호를 배출할 수도 있다. 예를 들어, 2차코일(2320)이 송전락에 설치된 자기 디텍터에 자기 해제신호를 전송할 수 있는데, 이런 2차코일이 홀효과센서일 수도 있으며 심지어는 1차코일 자체일 수도 있다.
해제신호를 능동적으로 방출하려면 송전키에 전원이 필요하다. 특히, 2차부가 휴대용 전기기기에 설치된 경우에는 2차부가 달린 내부 전지에서 전력을 공급할 수 있지만, 1차코일에서 2차코일로 전송된 전력펄스에서 전력을 끌어올 수도 있다.
경우에 따라서는 파워아울렛이 주기적인 저전력 펄스, 예컨대 수밀리초 주기의 펄스를 1Hz의 주파수로 1차코일에서 전송할 수도 있다. 2차코일이 1차코일에 접근하면, 2차코일로 전력이 송전되어 송전키를 작동시킨다.
한편, 2차부에 연결된 제1 수동식 송전락이 제1 송전락을 해제하여 휴대형 2차코일의 존재를 나타낼 수도 있다. 이때는 1차코일에서 저전력 펄스가 방출되어 2차 송전키를 작동시켜 제2 송전락이 해제됨으로써, 1차코일이 드라이버에 연결된다.
동기 정류기
도 3a는 기존의 전파 정류기(3100)의 회로도이다. 이 정류기는 2개의 입력단자(T1,T2)와 2개의 출력단자(T3,T4)를 갖는다. 교류전류원(ACin)이 2개 입력단자(T1,T2)에 연결되면, 직류전류 출력단(DCout)이2개 출력단자(T3,T4)로부터 인출될 수 있다.
2개의 다이오드(D1~2)와 다른 2개의 다이오드(D3~3)는 각각 그라에츠 회로(Graetz circuit)의 제1 및 제2 분기로(3110,3120)를 형성한다. 상류측 다이오드(D1,D3)의 아노드는 제1 출력단자(T3)에 연결되고 2개의 하류측 다이오드(D2,D4)의 캐소드는 제2 출력단자(T4)에 연결된다. 제1 상류측 다이오드(D1)의 캐소드와 제1 하류측 다이오드(D2)의 아노드는 제1 입력단자(T1)에 연결되고, 제2 상류측 다이오드(D3)의 캐소드와 제2 하류측 다이오드(D4)의 아노드는 제2 입력단자(T2)에 연결된다.
제1 입력단자(T1)의 극성이 제2 입력단자(T2)에 비해 양극이면 제1 하류 다이오드(D2)와 제2 상류 다이오드(D3)에 전류가 흐르고, 제1 입력단자(T1)의 극성이 제2 입력단자(T2)에 비해 음극이면 제2 하류 다이오드(D4)와 제1 상류 다이오드(D1)에 전류가 흐른다.
도 3a와 같은 다이오드 브리지 정류기를 이용해 입력의 극성에 따라 극성이 고정된 출력을 낼 수 있다. 이런 다이오드 브리지 정류기는 AC-DC 파워컨버터에 사용될 수 있다. 한편, 평활 커패시터 C로 출력을 평활화한다.
극성이 바뀔 때마다 다이오드에서 전력이 손실된다. 고주파 전력 컨버터에서, 입력단자(T1,T2)가 100kHz 이상의 주파수로 진동할 수 있으면, 전력손실로 브리지회로가 상당히 가열되어 주변 소자들의 신뢰성이 떨어지거나 고장날 수도 있다.
전력손실이 훨씬 적은 도 3a와 같은 MOSFET와 같은 전자스위치가 달린 다이오드로 바꾸면 전력손실을 줄일 수 있다. 도 4a는 이런 동기 전파정류기(4200)의 회로도로서, 도 3a의 다이오드 브리지 중의 제1 하류다이오드(D2)와 제2 하류다이오드(D4)를 2개의 전자스위치 M2와 M4로 바꾸었다.
전자스위치 M2와 M4는 스위칭신호 G2와 G4에 의해 ON/OFF 조절된다. M2를 조절하는 스위칭신호 G2는 제1 입력단자(T1)가 제2 입력단자(T2)에 대해 양극일 때마다 ON 상태로 바꾸도록 동기화되어야 한다. M4를 조절하는 스위칭신호 G4는 제1 입력단자(T1)가 제2 입력단자(T2)에 대해 음극일 때마다 ON 상태로 바꾸도록 동기화되어야 한다.
일반적으로, 이런 동기화는 제1 스위칭신호 G2를 제2 입력단자(T2)의 전압에서 끌어오고 제2 스위칭신호 G4를 제1 입력단자(T1)의 전압에서 끌어와 이루어진다.
이상 설명한 동기 전파정류기(4200)에서는 2개의 다이오드를 MOSFET로 바꿔 종래의 다이오드브리지 정류기(4100)에 비해 전압손실을 50%까지 줄일 수 있다. 전력손실을 더 줄이려면, 나머지 2개의 다이오드(D1,D3)도 전자스위치로 바꾸는 것이 좋다. 그러나, 입출력 단자들 사이에 단락을 일으키지 않고 4개의 전자스위치를 동기화시키는 것은 아주 어렵다.
도 4b는 제2의 동기 전파정류기(4300)의 회로도로, 도 3a의 다이오드 브리지의 4개 다이오드(D1~4)를 모두 전자스위치(M1~4)로 바꾸었다. 극성이 일정한 출력(DCout)을 내기 위해, 스위칭신호 G1~4는 주의깊게 조절해야 한다.
제1 입력단자(T1)가 제2 입력단자(T2)에 대해 양극으로 바뀌면, 제1 상류 및 제2 하류 전자스위치 M1, M4는 OFF로 되고, 제1 하류 및 제2 상류 전자스위치 M2, M3는 ON 상태로 되어야 한다. 제1 입력단자(T1)가 제2 입력단자(T2)에 대해 음극으로 바뀌면, 제1 상류 및 제2 하류 전자스위치 M1, M4는 ON 상태로 되고, 제1 하류 및 제2 상류 전자스위치 M2, M3는 OFF 상태로 되어야 한다.
스위칭신호 G1~4의 동기화는 다른 요인에 의해 더 복잡해진다. 출력단자의 단락을 막으려면, 공통 분기로(4310,4320)에서의 상하류 전자스위치들이 모두 동시에 ON 상태에 있어서는 안된다. 실제로, M1과 M2를 조절하는 2개의 스위칭신호 G1과 G2가 입력단자(T1~2) 각각에서 온다면, M1과 M2 모두 주기적으로 ON 상태에 있다. M1과 M2가 제1 분기로(4310)에서 서로 근접해 있으므로, 출력단자 T3와 T4 사이에 단락이 일어난다. 나머지 2개 전자스위치 M3와 M4를 조절하는 스위칭신호 G3와 G4가 각각 입력단자 T1과 T2에서 올 EO에도 제2 분기로(4320)를 따라 비슷한 단락이 일어난다.
본 발명에서는, M2와 M4의 스위칭신호 G2와 G4만 직접 입력단자 T1과 T2에서 오고, M1과 M3의 스위칭신호 G1과 G3는 간접적으로 제어될 수 있다. 스위칭신호 G1과 G3는 각각 M1과 M3의 캐소드전류 변화에 반응하는 것이 바람직하다.
도 4c는 전류작동 동기정류기(4330)의 회로도로서, 이 회로는 브리지 동기정류기(4300)에 설치된 전자스위치(M) 역할을 한다. 전류작동 동기정류기(4330)는 도 3b와 같은 파워 MOSFET(4130)과 전류모니터(4332)를 갖추고 있다. 전류모니터(4332)는 MOSFET(4130)의 드레인(4136)에 연결되고, 드레인전류 Id가 임계치 Ith를 넘을 때 MOSFET의 게이트(4138)에 전류기반 게이트신호 Gi를 보낸다. 이 MOSFET는 n-채널형이지만, p-채널형을 사용할 수도 있다.
전류작동 동기정류기(4330)의 기능을 이해하기 위해, 이 정류기의 캐소드(4334)와 아노드(4336)에 사인파 교류전압이 걸린 경우를 고려한다. 도 4d는 1) 캐소드(4334)와 아노드(4336) 사이의 전압강하(Vd)와, 2) 드레인전류(Id)와, 3) 1 전압 사이클 동안의 MOSFET 상태를 보여주는 3개의 그래프이다.
- 첫번째 하프사이클 동안 캐소드(4334)와 아노드(4336) 사이의 전압강하(Vd)가 음성이어서, 캐소드(4334)의 극성이 아노드(4336)에 대해 음극이다. 그 결과, 드레인(4136)에 전류가 흐르지 않고, MOSFET는 OFF 상태이다.
- 두번째 하프사이클의 초기에 캐소드(4334)와 아노드(4336) 사이의 전압강하(Vd)가 0보다 커져, 캐소드(4334)의 극성은 아노드(4336)에 대해 양극으로 되어, 작은 드레인전류(Id)가 다이오드(4132)에 흐르기 시직한다. 이 전류는 전류모니터(4332)로 측정한다.
- 세번째 쿼터사이클 동안 캐소드(4334)와 아노드(4336) 사이의 전압강하(Vd)가 계속 상승하고, 전류모니터(4332)가 증가하는 드레인전류(Id)를 측정한다.
- 드레인전류(Id)가 임계치(Ith)를 넘으면 전류기반 게이트신호(Gi)가 MOSFET(4130)를 ON 상태로 바꾼다.
- MOSFET(4130)가 ON 상태이면, 전자스위치(4131)의 저항도전로에 전류가 흘러, 드레인전류(Id)가 전압강하(Vd)에 비례하여 변한다.
- 마지막 쿼터사이클 동안, 캐소드(4334)와 아노드(4336) 사이의 전압강하(Vd)가 감소하고, 전류모니터(4332)가 줄어드는 드레인전류(Id)를 측정한다.
- 드레인전류가 임계치(Ith) 밑으로 떨어지면, 전류기반 게이트신호(Gi)가 MOSFET(4130)를 OFF 상태로 바꾼다.
도 4e는 본 발명에 따라 유도 파워리시버 안에 설치된 동기 전파정류기(4400)의 회로도이다. 전자스위치 M1~4는 모두 소스, 드레인 및 게이트의 3개 단자가 달린 MOSFET이다. 상류측 MOSFET인 M1과 M3는 모두 n 채널형으로서, 소스는 모두 정류기의 제1 출력단자인 T3에 연결된다. 하류 MOSFET인 M2와 M4는 모두 p 채널형으로서, 소스는 모두 정류기의 제2 출력단자인 T4에 연결된다. M1과 M2의 드레인은 모두 정류기의 제1 입력단자인 T1에 연결되고, M3와 M4의 드레인은 모두 정류기의 제2 입력단자인 T2에 연결된다.
입력단자 T1과 T2는 1차코일에 유도결합된 변압기의 2차코일(L2)에 연결되고, 2차코일(L2)은 입력단자 T1과 T2에 교류전류를 공급한다.
M2와 M4의 게이트는 평활회로(4420,4440)를 통해 각각 입력단자 T2와 T1에 연결된다. 따라서, 스위칭신호 G2와 G4는 서로 위상차 상태에 있다. M1과 M3의 게이트는 자체 드레인전류 Id1과 Id3로 구동되는 스위칭신호 G1과 G3를받는다. M1의 드레인전류(Id1)는 제1 변류기(4410)의 감시를 받고, 이 변류기의 1차 전류모니터 코일 CT1P는 전류신호를 2차전류 모니터(CT2S)로 보내고, 그 출력은 정류되어 드라이버(4450)의 제1 입력(IN1)로 중계되며, 이곳에서 증폭된 다음 제1 출력(OUT1)에 출력된다. 드라이버의 제1 출력신호는 다시 상류 MOSFET(M1)으로 보내져, 드레인전류(Id1)가 임계치를 넘으면 M1이 스스로 ON 상태로 바뀐다. 이 과정에서 교류전류입력(ACin)과 같은 주파수로 스위칭신호 G1이 생긴다.
마찬가지로, 제2 상류 MOSFET(M2)의 드레인전류(Id3)는 제2 변류기(4430)의 감시를 받으며, 이 변류기에서 1차전류 모니터코일(CT2p)이 전류신호를 2차전류 모니터(CT2S)로 보내고, 그 출력은 정류되어 드라이버(4450)의 제2 입력(IN2)로 중계되며, 이곳에서 증폭된 다음 제1 출력(OUT2)에 출력된다. 드라이버의 제2 출력신호는 다시 제2 상류 MOSFET(M3)로 보내져, 드레인전류(Id2)가 임계치를 넘으면 M3가 스스로 ON 상태로 바뀐다. 이 과정에서 교류전류입력(ACin)과 같은 주파수로 스위칭신호 G3가 생긴다.
이상의 설명에서 변류기(4410,4430)를 이용해 드레인전류를 감시했지만, 전류계, 검류계, 홀효과센서 등의 다른 전류모니터를 사용할 수도 있다.
유도 파워리시버의 내부 방열
도 5a는 본 발명의 다른 예에 따라 유도 파워어댑터(5100)를 거쳐 파워아울렛(5200)에서 전력을 받는 랩탑컴퓨터(5300)를 보여준다. 파워어댑터는 안전하게 다룰 수 있도록 구성된다.
파워어댑터(5100)는 케이싱(5160) 안에 들어있는 유도리시버(5120)와, 컴퓨터(5300)와 같은 전기기기에 연결하기 위한 파워커넥터(5140)를 구비한다. 유도리시버(5120)의 2차코일(5122)는 파워아울렛(5200)의 1차코일(5220)와 유도결합한다. 1차코일(5220)는 대개 드라이버(5230)를 거쳐 전원(5240)에 연결되고, 드라이버(5230)는 1차코일(5220)에 진동전압을 공급한다.
2차코일(5122)를 1차코일(5220)에 정렬하기 위해 정렬기구(도시 안됨)를 사용하는 것이 좋다. 정렬기구의 유도아울렛 내부의 1차 자기요소는 파워어댑터(5100)의 2차 자기요소와 맞닿거나 결합된다.
파워컨버터의 전기 부품들에서는 열이 생기는 것이 일반적이다. 유도리시버(5120), 특히 50W나 100W 이상의 고전력에서 작동하는 유도리시버에 열이 생기면 많은 문제가 생긴다. 열 때문에 온도가 올라가면 전체적인 효율이 저하되고 신뢰성도 떨어진다. 이런 문제를 극복하려는 많은 시도가 필요하고, 시스템의 크기와 같은 다른 요인도 고려해야 한다.
실제로는 고온에서 기능하는 파워어댑터(5100)를 사용하지만, 케이싱(5160)이 견딜 수 있는 최대온도는 사용자가 다루어야 한다는 관점에서 제한될 수 밖에 없다. 케이싱(5160)이 섭씨 50도 이상의 고온에 이르면, 사용자가 어댑터를 다루기가 쉽지 않고 화상을 입을 위험도 있다. 사용자가 편리하고 안전하게 어댑터(5100)를 다루려면, 핸드그립(5162)에서 열을 없애는 방열시스템이 필요하다.
본 발명의 다른 예에 따른 유도 파워어댑터(5100)를 보여주는 도 5b~d를 참조하면 방열시스템을 더 잘 이해할 수 있을 것이다. 도 5b는 파워어댑터의 사시도, 5c는 전개도, 5d는 단면도이다.
파워어댑터(5100)는 하부 케이싱(5160L)과 상부케이싱(5160U) 사이에 있는 유도 파워리시버(5120)와 히트싱크(5130) 및 핸드그립(5162) 둘레에 전력저장용으로 감겨있는 파워커넥터(5140)를 포함한다.
파워리시버(5120)는 2차코일(5122), 강자성 디스크(5124) 및 PCB(5126)로 이루어진다. 히트싱크(5130)는 파워리시버(5120)와 상부케이싱(5160U) 사이에 있는 금속디스크로 이루어진다. 강자성 디스크(5124)는 2차코일(5122)과 파워아울렛(5200)의 1차코일(5220) 사이의 유도결합을 개선하기 위한 자속안내심 역할을 한다(도 1 참조).
파워어댑터(5100)가 작동중일 때는 파워리시버(5120)의 여러 부품들에서 열이 생긴다. 2차코일(5122)에 교류전류가 유도되면, 코일에 열이 생긴다. 또, 정류기, 다이오드, MOSFET, 전력조절기, LDO, 피드백송신기와 같이 PCB(5126)에 설치된 소자들 주변에 열점이 생긴다.
히트싱크(5130)는 알루미늄이나 구리와 같은 열전도재로서, 파워리시버(5120) 둘레로 균일하게 열을 분포시키는 역할을 한다. PCB(5126)에 방열공을 뚫고 히트싱크(5130)와 PCB(5126)와 강자성 디스크(5124)와 2차코일(5122) 사이의 열접촉을 개선하기 위해 그리이스 등의 기름을 사용하는 것이 바람직하다.
파워어댑터 내부에서 공기가 빠져나올 수 있도록 상부케이싱(5160U)의 윗면(5161)에 배기공(5132)를 형성한다. 하부케이싱(5160L)의 밑면(5165)과 측면(5167)은 물론 상부케이싱(5160U)의 측면(5163)에는 밑에서부터 파워어댑터 내부로 찬공기가 들어가는 흡기공(5134)을 형성한다. 히트싱크의 외경(d)을 케이싱(5160)의 내경(D)보다 작게 하여 파워리시버(5120) 주변에 공기가 순환하도록 하는 것이 중요하다. 이렇게 되면 파워리시버(5120)에서 가열된 고온공기가 배기공(5132)를 통해 어댑터(5100)를 나가고, 흡기공(5134)을 통해 외부에서 찬공기가 어댑터(5100)에 들어간다. 핸드그립(5162)은 단열재 방벽에 의해 열에서 더 보호될 수 있다.
배기공(5132)을 통해 파워어댑터(5100) 안으로 먼지가 들어갈 수도 있으므로, 경우에 따라서는 먼지를 막는 방진기를 설치할 수도 있다. 운전상태에서는 핸드그립(5162)으로 배기공(5132)을 가려 먼지가 들어가지 못하도록 하고, 정지상태에서는 파워커넥터(5140)를 핸드그립(5162)에 감아 먼지를 막을 수도 있다.
또, 파워아울렛(5200)의 광디텍터에 신호를 보내는 피드백송신기로 사용되는 LED를 PCB(5126)에 설치할 수도 있다. 이 경우, LED와 디텍터 사이에 분명한 시야를 확보할 필요가 있다. 이를 위해, 광송신 파장을 투과하는 광학적 창을 2차코일(5122), 강자성 디스크(5124), 하부케이싱(5160L), 및 PCB(5126)와 1차코일(5220) 사이의 다른 층들을 관통해 형성하는 것이 좋다.
자속 안내
도 5e~f에의하면, 2차코일(5220), 자속가이드(5260) 및 PCB(5270)를 갖춘 파워리시버(5200)가 파워아울렛(도시 안됨)의 1차코일로부터 유도전력을 받는다. 자속가이드(5260)은 1차코일의 자속을 2차코일(5220)로 안내하여 주변으로의 자속 누설을 줄이는 역할을 하고, 강자성 코어(5262)와 자기실드(5264)로 구성된다. 강자성 코어(5262)는 1차코일의 자속을 2차코일(5220)로 안내한다.
강자성 코어(5262)는 비정질 강자성체로 이루어지고, 대부분 두께 20미크론 정도의 판을 웨이퍼 형태로 절단한 것이다. 일례로, 강자성 코어가 2개의 비정질 강자성 웨이퍼(5262a,b)로 이루어지기도 한다. 제1 웨이퍼(5262a)를 제1 접착절연층(5265a)으로 1차코일(5220)에 접착하고, 제2 웨이퍼(5262b)는 제2 접착절연층(5265b)으로 제1 웨이퍼(5262a)에 접착한다. 이들 2개의 웨이퍼(5262a,b)는 1차코일의 자속을 2차코일(5220)에 안내하는 강자성체 코어 역할을 한다. 1차코일에서 생긴 진동 자속으로 인해 웨이퍼 내부에 와전류가 쌓이지 않도록 강자성 웨이퍼(5262a,b) 각각에 방사상 슬릿(5263a,b)을 형성한다. 웨이퍼가 원형이면, 슬릿은 원주변에서 안쪽으로 직경 방향으로 뻗을 수 있다.
자기실드(5264)는 주변으로의 자속 누설을 방지하는 것으로, 얇은 비정질 강자성체 판으로 이루어지고 제3 접착절연층(5265c)을 통해 PCB에 접착되는 것이 좋다. 파워리시버(5200)를 도전면이나 도전요소에 설치할 때 자기실드가 특히 중요하다. 따라서, 이런 파워리시버(5200)를 컴퓨터나 휴대폰과 같은 전기기기에 설치할 때, 자기실드(5264)가 전기기기의 금속요소로의 자속 누설을 방지하여 발열을 방지한다.
비정질 강자성체 판의 두께는 20미크론이다. 양쪽에 폴리머 박판을 쌓으면, 전체 두께가 60미크론으로 된다. 따라서, 유도장치에서 자속을 안내하는데 사용된 다른 페라이트 요소들에 비해, 얇은 자속가이드(5260)를 제작하는데 비정질 강자성체가 사용된다. 얇은 자속가이드(5260)를 사용하면 파워리시버(5200)가 유연해지고 거슬리지 않게 된다. 이런 특징은 유도 리시버를 설치한 기기의 설계와 제조에 아주 중요하다. 비정질 강자성체로 자속가이드를 제조하는 방법은 프린팅, 스탬핑, 커팅, 비정질 강자성체 마이크로와이어 클로스 등이 있다.
비공진 주파수에서의 송전
유도결합된 2차코일의 유도전압의 세기는 1차코일에 공급된 전압의 진동주파수에 달려있다. 진동주파수가 시스템의 공진주파수와 같을 때 유도전압이 가장 강하다. 공진주파수 fR은 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C)의 함수로서
Figure pct00001
이다.
기존의 유도송전장치는 유도결합의 공진주파수에서 전력을 송전하는 것이 대부분이다. 이 경우 송전 기간동안 장치의 공진주파수를 유지하기가 아주 어려운데, 이는 1, 2차 코일들 사이의 정렬상태 변동이나 외부조건의 변화 때문이다.
따라서, 공진주파수에서 송전하도록 설계된 유도송전장치는 공진주파수를 유지하기 위한 튜닝기구가 필요하다. 튜닝은 공진 검색을 위해 구동주파수를 조절해 이루어진다. 예를 들어, Kuennen의 "Inductively coupled ballast circuit"란 제목의 미국특허 6,825,620는 부하에 유도전력을 공급하기 위한 공진검색 안정기를 소개한다. 안정기는 오실레이터, 드라이버, 스위칭회로, 공진탱크회로 및 전류감지회로를 포함한다. 전류감지회로는 전류 피드백신호를 오실레이터에 공급하고, 오실레이터는 공진탱크회로의 전류를 표시한다. 전류 피드백신호는 공진기의 주파수를 조절해 공진을 검색한다. 공진기는 공진탱크회로에 유도결합된 전류제한회로를 갖는다. 전류제한회로는 공진기의 전류가 임계치를 넘거나 일정 범위를 벗어날 때 공진기를 불능화시킨다.
한편, 유도장치의 특성을 조절해 튜닝을 할 수도 있다. 예를 들어, Baarman의 "Adaptive inductive power supply"란 명칭의 미국특허 7,212,414는 인버터로 작동되는 동적 탱크회로를 갖춘 무접점 전원을 소개한다. 무접점 전원은 부하에 유도결합되고, 인버터는 DC 전원에 연결된다. 장치에서 부하를 제거하거나 추가할 때 무접점 전원은 탱크회로의 공진주파수, 인버터 주파수, 인버터 듀티사이클 또는 DC 전원의 레일전압을 조정할 수 있다.
이상 설명한 튜닝기구들은 공진 송전이 아주 민감하기 때문에 공진상태의 송전을 유지하는데 필수적이다. 공진에 아주 작은 변화만 있어도 송전된 전력에는 큰 변화가 생긴다. 공진 송전에 관한 더 큰 문제는 높은 송전 전압이다. 높은 전압에서는 커패시터와 트랜지스터가 상대적으로 커야 한다.
도 6a는 비공진 주파수에서 전력을 송전하는 유도송전장치(6100)의 주요부의 블록도이다. 이 유도송전장치(6100)의 유도 파워아울렛(6200)은 원격 2차부(6300)에 전력을 공급한다. 파워아울렛(6200)의 1차코일(6220)은 드라이버(6230)를 거쳐 전원(6240)에 연결되고, 드라이버(6230)는 진동 구동전압을 1차코일(6220)에 공급한다.
2차부(6300)의 2차코일(6320)는 전기부하(6340)에 연결되어있고 1차코일(6220)에 유도결합한다. 전기부하(6340)는 전원(6240)에서 전력을 받는다. 2차부(6300)의 송신기(6122)와 파워아울렛(6200)의 수신기(6124) 사이에 통신채널(6120)이 제공되는데, 이 통신채널은 드라이버(6230)에 피드백신호(S) 등을 제공한다.
경우에 따라서는, 송전 전압의 큰 증가를 검색하는 피크전압 디텍터(6140)를 설치하기도 한다. 뒤에 설명하겠지만, 피크전압 디텍터(6140)는 2차부(6300)의 제거, 전력 누설, 단락 등을 검색한다.
도 6b는 작동전압의 크기가 송전주파수에 따라 변하는 과정을 보이는 그래프이다. 송전 주파수가 공진주파수와 같을 때 전압이 최대이고, 최대 진폭은 공진피크(2)이다. 그래프의 기울기는 공진피크(2)의 양쪽 영역(4a,b)에서 가장 급하다. 따라서, 공진주파수나 그 부근에서 동작하는 유도전송장치의 주파수가 약간만 변해도 유도전압은 크게 변동된다. 마찬가지로, 공진주파수가 약간만 변해도 유도전압은 크게 변동한다. 이런 이유로, 기존의 유도전송장치는 주변환경이나 유도코일들 사이의 정렬상태의 변화에 아주 민감할 수밖에 없었다.
드라이버(6230)가 유도결합 공진주파수에서 상당히 벗어난 주파수로 진동하는 구동전압을 송전하도록 하는데 본 발명의 특징이 있다(도 1 참조). 주파수-진폭 그래프의 기울기가 덜 급격한 근접선 영역(6,8)에 송전 주파수가 있도록 선택하는 것이 좋다.
이 경우의 장점에 대해 도 6c를 참조해 설명한다. 랩탑컴퓨터(6340)가 전력을 받는 2차부(6300)를 거쳐 유도 파워아울렛(6200)로부터 전력을 받는다. 2차부(6300)의 2차코일(6320)은 파워아울렛(6200)의 1차코일(6220)과 정렬한다. 2차부(6300)가 옆으로 움직이면 1,2차 코일들의 정렬상태가 변해, 코일쌍의 결합 인덕턴스가 변하여, 결국 장치의 공진주파수가 바뀐다.
파워아울렛(6200)이 공진주파수에서 전력을 송전하면, 옆으로 조금만 움직여도 유도전압의 진폭은 크게 변한다. 반면에, 본 발명에 의하면, 파워아울렛(6200)이 공진피크(2)의 양쪽의 기울기가 크게 작은 영역(6,8)의 주파수에서 전력을 전송하므로, 파워아울렛의 움직임과 같은 큰 변화를 허용할 수 있다.
비공진 송전의 다른 장점은, 송전주파수를 이용해 송전상태를 조절할 수 있다는 것이다. 기존의 유도송전장치에서는 드라이버가 공급하는 송전 전압의 듀티사이클을 바꿔 전력을 조절하므로, 송전주파수가 공진주파수와 같지 않으면 드라이버(6230)가 송전주파수를 조절해 송전상태를 조절할 수 있다.
도 6b에서는 주파수값이 fL과 fU 사이에 있는 근접선형 영역(8)에서 송전 주파수를 선택했다. 장치의 공진주파수 fR보다 높은 송전주파수 ft에서 Vt의 유도전압이 생긴다. 이 유도전압은 송전주파수를 낮추면 증가하고 높이면 감소한다. 예를 들어, 송전주파수가 δf만큼 증가하면 유도전압은 δV만큼 감소한다.
각종 송신기(6122)와 수신기(6124)를 통신채널(6120)에 사용할 수 있다. 또, 1, 2차 코일(6220,6320)이 갈바닉 절연되어 있으면, 수신기 역할을 하는 광트랜지스터에 암호화된 광신호를 단거리 송신하는 송신기 역할을 하는 LED를 광커플러에 사용할 수 있다. 광커플러는 일반적으로 송신기와 수신기 사이에 시야를 확보하도록 배열되어야 한다. 송신기와 수신기의 정렬이 어려운 장치에서는, 광커플러가 부적절하고, 블루투스, 와이파이 등의 무선신호나 압전소자로 송신되는 초음파신호를 사용하는 것이 좋다. 한편, 1,2차 코일(6220,6230) 자체가 송신기(6122)와 수신기(6124) 역할을 하기도 한다.
어떤 경우에는 LED와 같은 광송신기를 2차부(6300)에 설치해, 2차부(6300)와 파워아울렛(6200)을 모두 투과할 수 있는 강도와 종류의 전자기파를 내기도 한다. 이 경우, 포토다이오드, 포토트랜지스터, 빛에 의한 저항기와 같은 광수신기를 파워아울렛(6200)에 설치해 전자기파를 받는다.
통신채널(6120)이 전력송전 기간동안 피드백신호를 제공할 수 있다. 피드백 송전에는 아래와 같은 전기부하(6240)의 작동변수를 감시해야 한다:
- 전기부하에 필요한 작동 전압, 전류, 온도 또는 전력;
- 동작 중에 전기부하에 공급된 측정 전압, 전류, 온도 또는 전력;
- 동작 중에 전기부하가 받은 측정 전압, 전류, 온도 또는 전력.
어떤 경우에는, 드라이버(6230)의 마이크로컨트롤러가 필요한 송전주파수를 계산해 드라이버를 조정하기 위한 피드백 변수를 사용하기도 한다. 한편, 전력을 가감할 필요가 있는지 표시하는 간단한 피드백 신호를 받을 수도 있다.
간단한 피드백신호를 이용한 전력조절법의 일례가 도 6d의 순서도이다. 이 방법의 단계들은 아래와 같다:
(a) 드라이버(6230)가 장치의 공진주파수 fR보다 높은 송전주파수 ft에서 진동전압 공급.
(b) 2차코일(6320)에 2차전압 유도.
(c) 2차부(6300)의 파워모니터가 전기부하(6340)에 공급된 전력 감시.
(d) 전기부하에 공급된 전력이 일정 범위에 있으면 아무 동작도 취하지 않지만, 이 범위보다 낮으면 제1 종류의 피드백신호 Sa를 드라이버에 보내고, 이 범위보다 크면 제2 종류의 피드백신호 Sb를 드라이버에 보냄.
(e) 드라이버(6230)가 피드백신호 수신.
(f) 수신된 피드백 신호가 Sa이면 송신주파수가 증분값 +δf1만큼 커지고, Sb이면 송신주파수가 증분값 -δf2만큼 감소.
이상 설명한 전력조절법을 이용하면, 부하에서 받은 전력이 너무 높을 때, 적당한 수준으로 전력이 감소될 때까지 Sa 종류의 일련의 피드백 신호가 송신된다. 마찬가지로, 부하에서 받은 전력이 너무 낮으면, 적당한 수준으로 전력이 증가될 때까지 Sb 종류의 일련의 피드백 신호가 송신된다. + 증분값 δf1만는 - 증분값 증분값 δf2보다 작거나 크거나 같을 수 있다.
한편, 주파수 조절을 이용한 다른 전력조절법도 있다. 예를 들어, 전기부하의 작동변수들이 감시되고 그 값들이 통신채널(6120)을 통해 파워아울렛에 송신된다고 하면, 파워아울렛의 프로세서가 필요한 송신주파수를 직접 계산할 수 있다.
이상 설명한 방법은 공진피크(2)보다 높은 선형 영역(8)내의 비공진 송전주파수에 대한 설명이다(도 6b 참조). 그러나, 다른 한편으로는 공진피크보다 낮은 선형 영역(6)의 송전주파수에서도 주파수조절 전력조정법이 이루어지기도 한다.
이상 설명한 바와 같이, 유도결합장치의 공진주파수는
Figure pct00002
인데, 여기서 L은 인덕턴스이고 C는 커패시턴스이다. 따라서, L이나 C 어느쪽이 작아져도 공진주파수는 증가한다.
공진주파수보다 높은 주파수로 송전하는 파워아울렛에서, 공진주파수가 커지면 송전전압이 크게 증가한다. 바람직한 실시예에서, 도 1의 피크전압 디텍터(6140)를 이용해 파워아울렛(6200)의 송전전압을 감시하고 공진주파수의 증가를 나타내는 송전전압의 큰 증가를 감지할 수 있다. 이런 송전전압의 증가는 전력누설, 회로단락, 2차부의 제거 등을 표시한다.
도 6c와 같은 데스크탑 환경에서는 페이퍼클립, 금속자, 금속케이싱, 스테이플러, 홀펀치 등의 금속물체로 된 도체가 유도 파워아울렛(6200)과 2차부(6300) 사이에 위치할 수 있다. 1차코일(6220)에서 생긴 진동 자기장이 도체에 와전류를 일으켜 열을 발생시키면, 1차코일(6220)에서 전력이 누설된다. 이런 전력누설은 낭비를 일으키고 위험하기도 하다.
이런 전력누설은 장치의 인덕턴스(L)를 감소시킨다. 인덕턴스(L)는 2차코일(6220)의 제거나 단락에 의해서도 감소된다. 파워아울렛에 연결된 피크전압 디텍터(6140)는 송전전압의 대폭증가가 있으면 이런 현상이 있다고 감지하고, 이때 송전장치가 정지하고 경고를 내거나 사용자와 장치를 보호하도록 하는 것이 바람직하다.
도 6e는 파워아울렛(6200)과 2차부(6300)의 회로도로서, 2차부(6300)의 2차코일(6320)은 정류기(6330)를 통해 전기부하(6340)에 연결된다. 파워아울렛(6200)의 1차코일(6220)은 전원(6240)에 연결된 하프브리지 컨버터(6230)에 의해 구동된다. 이 컨버터(6230)는 공진주파수보다 높은 주파수에서 1차코일(6220)을 작동시키고, 피크전압 디텍터(6140)는 송전전압의 증가를 감지한다.
이런 하프브리지 컨버터 이외의 다른 구동회로, 예컨대 DC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터, AC-AC 컨버터, 플라이백 트랜스포머, 풀브리지 컨버터, 플라이백 컨버터, 포워드 컨버터 등을 사용할 수도 있다.
따라서, 공진주파수와 다른 주파수로 진동하는 송전전압을 사용하는 유도송전장치는 환경변화와 유도코일 정렬상태의 변화에 기존 장치보다 더 잘 견딜 수 있고, 주파수를 이용해 전력송전을 조절할 수도 있다. 또, 송전주파수가 공진주파수보다 높으면 피크전압 디텍터를 이용해 위험을 경고할 수도 있다.
유도 통신채널
Terry J. Parks와 David S. Register의 "Inductive coupling system for power and data transfer"란 제목의 미국특허 5,455,466은 휴대용 전자기기에 전력과 데이터를 유도결합으로 보내는 장치를 소개한다. PDA와 같은 휴대기기는 지지부와의 사이의 유도결합을 통해 충전된다. 동일한 유도결합이 데스크탑 컴퓨터와 같은 다른 전자기기와의 데이터신호 송신에도 사용된다. 지지부는 1차코일, 전력증폭기 및 변조기를 구비한다. 휴대기기의 2차코일은 정류기의 입력단자와 병렬로 연결되고, 정류기의 출력단자는 배터리 충전회로와 모뎀에 연결되며, 모뎀은 마이크로프로세서에 연결된다. 휴대기기를 지지부에 놓으면 1-2차 코일들이 근접했을 때 유도결합이 일어난다. 즉, 이 장치는 PDA와 컴퓨터와 같은 2개의 데이터 저장장치를 동기화시키는 데이터채널을 제공하는 셈이다.
이 장치에서 1차코일에서 2차코일로의 데이터 송신은 전력신호를 조절해 이루어진다. 이때문에, 1차코일에 의해 유도된 2차코일에 의해 송신되는 별도의 데이터신호가 필요하다. 따라서, 2차코일에서 1차코일로 데이터신호를 송신하려면 송전이 중단되어야 하고, 이때문에 전기부하에 무정전 유도전력 송전의 조절을 위한 피드백신호를 제공하기 위한 어떤 해결책도 제시하지 못했다.
도 7a는 유도 파워아울렛(7200)이 원격 2차부(7300)에 전력을 공급하는 유도송전장치(7100)의 주요부의 블록도이다. 이 유도송전장치(7100)는 본 발명에 따른 유도 통신채널(7120)을 갖고, 이 통신채널은 파워아울렛(7200)에서 2차부(7300)로의 유도송전의 중단 없이 2차부(7300)에 의해 입력신호(Sin)가 제공되었을 때 파워아울렛(7200)에 출력신호(Sout)를 생성한다.
파워아울렛(7200)의 1차코일(7220)은 드라이버(7230)를 통해 전원(7240)에 연결되고, 이 드라이버는 장치의 공진주파수 fR보다 높은 주파수 f1에서 1차코일(7220)에 진동전압을 공급한다.
2차부(7300)의 2차코일(7320)는 전기부하(7340)에 연결되고 1차코일(7220)과 유도결합한다. 전기부하(7340)는 전원(7240)에서 전력을 받는다. 전기부하(7340)가 전기화학적 전지의 충전기로서 직류전류가 필요하면, 2차코일(7320)에 유도된 교류전류신호를 정류기(7330)로 정류한다.
1차코일(7220)에서 2차코일(7320)로의 송전 중단 없이 2차코일(7320)에서 1차코일(7220)로 신호를 송신하기 위해 유도 통신채널(7120)을 마련한다. 이 통신채널(7120)은 드라이버(7230)에 피드백신호를 제공한다. 통신채널(7120)은 송신회로(7122)와 수신회로(7124)를 가지며, 송신회로(7122)는 정류기(7330)를 통해 2차코일(7320)에 연결되고, 수신회로(7124)는 1차코일(7220)에 연결된다. 송신회로(7122)는 2차코일(7320)에 연결되었을 때 공진주파수를 증가시키기 위한 전기소자(7126)를 포함한다. 송신회로(7122)는 이 전기소자(7126)를 2차코일(7320)에 선택적으로 연결한다.
유도결합의 공진주파수
Figure pct00003
에서 L은 인덕턴스이고 C는 커패시턴스임은 전술한 바와 같다. L이나 C 어느쪽이 감소해도 공진주파수는 커진다. 전기소자(7126)의 저항은 50오옴 이하이고, 바람직하게는 1오옴이다.
수신회로(7124)는 피크전압 디텍터(7128)를 포함하는데, 이 디텍터는 송전전압의 대량 증가를 감지한다. 송전주파수 ft가 장치의 공진주파수 fR보다 높으면, 공진주파수 fR의 증가로 송전전압이 크게 증가하고, 이 현상은 전기소자(7126)가 2차코일(7320)에 연결되었음을 뜻한다. 따라서, 송신회로(7122)는 수신회로(7124)에 신호펄스를 보내는데 사용되고, 이런 펄스들이 부호화된 신호를 형성한다.
송신회로(7122)가 입력신호(Sin)로 비트율신호를 변조하는 변조기를 갖출 수도 있다. 이때는 전기소자(7126)가 변조신호에 맞춰 2차코일(7320)에 연결될 수 있다. 수신회로(7124)는 변조신호를 복조하는 복조기를 가질 수 있다. 예컨대, 피크전압 디텍터(7128)는 비트율 신호로 1차전압의 진폭을 교차상관시키는 코릴레이터에 연결되어 출력신호(Sout)를 낼 수 있다.
또, 전기소자(7126)를 여러개 설치하고, 1차전압의 진폭내에서 피크전압 여러개를 유도하도록 이들 전기소자들을 선택적으로 연결할 수도 있다. 디텍터(7128)가 감지한 피크전압은 다수의 신호를 송신하는데 사용될 수 있다.
도 7b는 송전주파수에 맞게 작동전압이 변하는 과정을 보여주는 그래프이다. 송전주파수가 공진주파수와 같을 때 전압이 최대이고, 이때의 최대 진폭이 공진피크(2)이다. 공진주파수가 증가하면, 새로운 공진피크(2')가 생긴다.
본 발명에 따른 유도송전장치(7100)의 작동 송신주파수 ft는 공진주파수 fR보다 높다. 정상 작동전압 Vt가 피크전압 디텍터(7128)에서 감시된다. 전기소자(7126)가 2차코일(7320)에 연결되면, 장치의 공진주파수가 증가한다. 따라서, 작동전압이 Vt'로 증가하고, 이런 증가는 피크전압 디텍터(7128)에 의해 감지된다.
본 발명에 의하면, 1차코일(7220)에서 2차코일(7320)로 유도전력을 송전함과 동시에 2차코일(7320)에서 1차코일(7220)로 데이터신호를 전송할 수 있다. 그 결과, 송신장치가 실시간 전력제어를 위한 피드백 신호를 제공할 수 있다. 이점이 기존의 유도 송신장치와 대조적인데, 기존의 장치에서는 별도의 데이타신호가 2차코일에 공급되고 1차코일에는 전압이 유도된다.
도 7c는 본 발명의 다른 예에 따른 유도 파워아울렛(7200)과 2차부(7300)의 회로도이다. 이들 코일 사이에는 무정전 유도송전과 동시에 신호를 전송하기 위한 유도 피드백채널(7120)이 제공된다.
유도 파워아울렛(7200)의 1차코일(7220)은 전원(7240)에 연결된 하프브리지 컨버터(7230)에 의해 구동된다. 이 컨버터(7230)는 공진주파수보다 높은 주파수에서 1차코일(7220)을 작동시킨다. 2차부(7300)는 정류기(7330)의 입력단자(T1,T2)에 연결된 2차코일(7320)과, 정류기의 출력단자(T3,T4)에 연결된 전기부하(7340)를 구비한다.
이런 하프브리지 컨버터 이외의 다른 구동회로, 예컨대 DC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터, AC-AC 컨버터, 플라이백 트랜스포머, 풀브리지 컨버터, 플라이백 컨버터, 포워드 컨버터 등을 사용할 수도 있다.
유도 피드백채널(7120)는 2차부(7300)의 송신회로(7122)와 파워아울렛(7200)의 수신회로(7124)를 가지며, 송신회로(7122)의 전기저항(7126)는 MOSFET(7125)를 통해 정류기(7330)에 연결된다. MOSFET(7125)에 입력신호(Sin)를 공급하는 변조기(7123)가 있다.
송신회로(7122)가 정류기(7330)의 입력단자(T1)와 출력단자(T3)에 연결되는 구성에서는, 송신회로가 연결되었을 때에도 AC 사이클의 반파 동안에 저항(7126)만이 전력을 받으므로, 전력손실이 상당히 감소되는 장점이 있다.
수신회로(7124)의 피크전압 디텍터(7128)는 송전전압의 증가를 감지하고, 복조기(7129)는 출력신호(Sout)를 낸다.
도 7d는 2차코일에서 1차코일로 신호를 송신하는 방법을 보여주는 순서도로서, 이 방법은 아래의 단계로 이루어진다:
(a) 1차코일의 1차전압의 진폭을 감시하기 위해 1차코일을 전압모니터에 연결;
(b) 전기소자를 2차코일에 연결해 유도송전장치의 공진주파수를 높이기 위해 2차코일을 송신회로에 연결;
(c) 공진주파수보다 높은 초기 송전주파수로 진동전압을 1차코일에 공급해 2차코일에 전압 유도;
(d) 송신회로를 이용해 입력신호로 비트율 신호를 변조하여 변조신호를 생성하고, 변조신호에 맞게 전기소자를 2차코일에 단속적으로 연결;
(e) 전압모니터를 사용해 비트율 신호와 1차전압의 진폭을 연계하여 출력신호 생성.
피드백채널(7120)은 아래에 관한 데이터를 송신하는데 사용될 수 있다:
- 전기부하(7240)에 필요한 동작 전압, 전류, 온도 또는 전력;
- 동작중에 전기부하(7240)에 공급된 측정 전압, 전류, 온도 또는 전력;
- 동작중에 전기부하(7240)가 받은 측정 전압, 전류, 온도 또는 전력;
- 사용자, 잔자기기의 식별 데이터;
- 송전-락을 해제하기 위한 송전-키의 해제신호.
따라서, 유도 통신채널은 유도결합부의 송전을 조절하기 위해 2차코일에서 1차코일로 피드백신호를 송신하는데 사용된다.
예를 들어, 첫번째 신호가 수신되면 송전 전력을 낮추고 두번째 신호가 수신되면 송전 전력을 높이도록 2가지 신호를 송신할 수도 있다.
드라이버가 공급한 송전 전압의 듀티사이클을 바꾸면 전력을 조절할 수 있다. 또, 전술한 바와 같이 송전을 조절하기 위해 드라이버(7230)가 송전주파수를 조절할 수도 있다. 따라서, 드라이버는 피드백신호에 맞춰 송전주파수를 조절할 수 있다. 송전주파수는 첫번째 신호 수신시 증가되어 작동전압을 낮추고, 두번째 신호 수신시 감소되어 작동전압을 높인다.
통신채널은 전력송전을 조절하는 외에도, 전력이 송전되는 동안 유도결합부의 2차코일에서 1차코일로 데이터신호를 송신하는데도 사용된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 유도전력을 송전하는데 있어 효과적이고 안전하다. 이때문에 본 발명의 유도송전장치는 다양한 분야에서 아주 실용적이다.

Claims (73)

  1. 유도 파워리시버에 유도전력을 송전하기 위한 유도 파워아울렛, 상기 파워리시버를 파워아울렛에 정렬하기 위한 정렬기구, 및 상기 파워리시버에서 파워아울렛으로 제어신호를 보내기 위한 송신장치를 포함하는 유도송전장치에 있어서:
    상기 파워아울렛은 드라이버를 거쳐 전원에 연결되는 1차코일과, 1차 강자성 코어를 구비하고, 상기 드라이버는 1차코일에 고주파 진동전압을 공급하며;
    상기 파워리시버의 2차코일은 1차코일과 유도결합하고 전력조절기에 연결되며;
    상기 송신장치는 파워리시버에 연결된 발신기와, 파워아울렛에 연결된 신호 디텍터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정렬기구가 파워아울렛에 연결된 제1 소자와, 파워리시버에 연결된 제2 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발신기가 광학 이미터를 포함하고, 상기 신호 디텍터가 광학 디텍터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  4. 제1항의 파워아울렛으로부터 유도전력을 받는 유도 파워리시버.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전력조절기가 파워아울렛의 AC 입력을 전기기기를 작동시키기 위한 DC 출력으로 변환하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  6. 유도 파워리시버에 유도전력을 송전하기 위한 유도 파워아울렛을 구비하고, 상기 파워아울렛의 1차코일은 드라이버를 거쳐 전원에 연결되며, 상기 파워리시버의 2차코일은 1차코일과 유도결합하고, 상기 2차코일은 전기부하에 전력을 공급하며, 열손실이 낮은 전파정류기를 더 구비한 유도송전장치에 있어서:
    a. 제1 출력단자에 연결된 아노드와, 제1 입력단자에 연결된 캐소드를 갖는 제1 반파정류기;
    b. 제1 출력단자에 연결된 아노드와, 제2 입력단자에 연결된 캐소드를 갖는 제2 반파정류기;
    c. 제1 입력단자에 연결된 아노드와, 제2 출력단자에 연결된 캐소드를 갖는 제3 반파정류기; 및
    d. 제2 입력단자에 연결된 아노드와, 제2 출력단자에 연결된 캐소드를 갖는 제4 반파정류기;를 포함하고,
    전파 정류기는 가변 극성의 입력단자로부터 일정 극성의 출력을 제공하고, 상기 반파정류기는 전자식 스위치를 구비하는데, 이 스위치의 캐소드에 흐르는 전류가 임계치를 넘을 때 스위치가 ON 상태로 바뀌는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    a. 상기 제1 반파정류기가 제1 전자식 스위치를 구비하는데, 이 스위치는 캐소드에 흐르는 전류가 제1 임계치를 넘을 때 ON 상태로 바뀌고;
    b. 상기 제2 반파정류기가 제2 전자식 스위치를 구비하는데, 이 스위치는 캐소드에 흐르는 전류가 제2 임계치를 넘을 때 ON 상태로 바뀌는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 반파정류기들 중의 적어도 하나가 입력신호의 주파수와 동기적으로 ON/OFF되는 전자식 스위치를 갖는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  9. 제6항에 있어서,
    a. 상기 제1 반파정류기가 제1 전자식 스위치를 갖고, 이 스위치는 캐소드에 흐르는 전류가 임계치를 넘을 때 ON 상태로 바뀌며;
    b. 상기 제2 반파정류기가 제2 전자식 스위치를 갖고, 이 스위치는 캐소드에 흐르는 전류가 임계치를 넘을 때 ON 상태로 바뀌며;
    c. 상기 제3 반파정류기가 제3 전자식 스위치를 갖고, 이 스위치는 제2 입력단자의 전압신호와 동위상으로 ON/OFF되며;
    d. 상기 제4 반파정류기가 제4 전자식 스위치를 갖고, 이 스위치는 제1 입력단자의 전압신호와 동위상으로 ON/OFF되는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 전자식 스위치가 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 전자식 스위치가 MOSFET인 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  12. 제6항에 있어서, 상기 전자식 스위치가,
    - 소스, 드레인 및 게이트가 달린 MOSFET;
    - 상기 MOSFET와 병렬로 상기 소스와 드레인에 연결된 반파정류기; 및
    - 상기 드레인전류가 제1 임계전류보다 클 때는 상기 MOSFET가 ON 상태로 바뀌고 드레인전류가 제2 임계전류보다 작을 때는 MOSFET가 OFF 상태로 바뀌도록 드레인에 흐르는 드레인전류를 감시하고 게이트에 게이트 신호를 보내는 전류모니터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전류모니터가 변류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  14. 드라이버를 거쳐 전원에 연결된 1차코일을 갖는 유도 파워아울렛을 갖고;
    상기 1차코일은 전기부하에 연결된 2차코일과 유도결합을 하며;
    상기 2차코일은 유도 파워리시버에 연결되고;
    상기 드라이버는 1차코일에 구동전압을 공급하며;
    상기 구동전압은 유도결합의 공진주파수와 다른 송전주파수로 진동하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 드라이버가 1차코일을 전원에 단속적으로 연결하기 위한 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  16. 제14항에 있어서, 유도전압이 주파수와 선형으로 변하는 범위내에 상기 송전주파수가 속하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 드라이버가 피드백신호에 응답해 송전주파수를 조절하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 파워아울렛이 제1 신호와 제2 신호를 감지하는 신호디텍터를 포함하고, 상기 드라이버는 신호디텍터가 제1 신호를 감지했을 때는 송전주파수를 높이고 제2 신호를 감지했을 때는 송전주파수를 낮추는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 피드백신호가 전기부하의 작동변수에 관한 데이터를 반송하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 작동변수가 아래 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
    a. 전기부하에 필요한 작동 전압;
    b. 전기부하에 필요한 작동 전류;
    c. 전기부하에 필요한 작동 온도;
    d. 전기부하에 필요한 작동 전력;
    e. 전기부하에서 측정된 작동 전압;
    f. 전기부하에서 측정된 작동 전류;
    g. 전기부하에서 측정된 작동 온도;
    h. 전기부하에서 측정된 작동 전력;
    i. 1차코일에 공급된 전력;
    j. 2차코일이 받은 전력; 및
    k. 사용자 식별코드.
  21. 제18항에 있어서, 상기 신호디텍터가 광학 디텍터, 무선수신기, 오디오 디텍터 또는 피크전압 디텍터인 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  22. 제14항에 있어서, 상기 드라이버가 1차코일의 1차전압의 진폭을 감시하는 전압모니터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 전압모니터가 1차전압의 증가를 감지하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  24. 제1항에 있어서, 변압기, DC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터, AC-AC 컨버터, 플라이백 트랜스포머, 플라이백 컨버터, 풀브리지 컨버터, 하프브리지 컨버터 및 포워드 컨버터 중에서 선택된 파워 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  25. 제14항에 있어서, 상기 구동전압이 유도결합의 공진주파수보다 높은 송전주파수로 진동하고;
    a. 상기 1차코일이 수신회로에 연결되고, 이 수신회로에는 1차코일의 1차전압의 진폭을 감시하는 전압모니터가 달려있으며;
    b. 상기 2차코일은 송신회로에 연결되어 전기소자를 2차코일에 연결해 공진주파수를 증가시키며;
    제어신호가 송신회로에서 수신회로로 전송되는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 2차코일이 브리지 정류기의 2개 입력단자에 연결되고, 상기 전기부하는 브리지 정류기의 2개 출력단자에 연결되며, 상기 송신회로는 브리지 정류기의 한쪽 입력단자와 한쪽 출력단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  27. 제25항에 있어서, 상기 송신회로가 입력신호로 비트율신호를 변조하여 변조신호를 생성하는 변조기와, 변조신호에 맞게 2차코일에 전기소자를 단속적으로 연결하는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  28. 제25항에 있어서, 상기 전압모니터가 1차전압의 진폭을 비트율 신호와 연계하여 출력신호를 생성하는 코릴레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  29. 제25항에 있어서, 상기 제어신호가 2차코일에서 1차코일로 피드백 신호를 보내 유도결합을 통한 전력송전을 조절하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 드라이버가 피드백신호에 응답해 송전주파수를 조절하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  31. 제29항에 있어서, 유도전송장치가 제1 신호와 제2 신호를 전송하고, 상기 드라이버는
    i. 리시버가 제1 신호를 받으면 상기 송전주파수를 높이고,
    ii. 리시버가 제2 신호를 받으면 상기 송전주파수를 낮추는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  32. a. 유도 파워아울렛에서 전력을 받는 유도 파워리시버;
    b. 상기 파워리시버를 전기기기에 도선으로 연결하는 파워커넥터; 및
    c. 상기 파워리시버가 동작중일 때 사용자가 안전하게 어댑터를 다룰 수 있드록 파워리시버와 단열되어 있고 어댑터를 취급하기 위한 그립;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 파워어댑터.
  33. 제32항에 있어서, PCB를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 파워어댑터.
  34. 제32항에 있어서, 상기 파워리시버가 50W 이상의 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 유도 파워어댑터.
  35. 제32항에 있어서, 열을 분산시키는 냉각장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 파워어댑터.
  36. 제35항에 있어서, 상기 냉각장치가 파워리시버 위에 위치하는 배기공과 파워리비서 밑에 위치하는 흡기공을 구비하여, 파워리시버에서 가열된 고온 공기는 상기 배기공을 통해 나가고 외부의 찬 공기는 흡기공을 통해 들어오는 것을 특징으로 하는 유도 파워어댑터.
  37. 제32항에 있어서, 파워리시버에서 생긴 열을 방열하기 위한 히트싱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 파워어댑터.
  38. 제37항에 있어서, 상기 히트싱크가 금속 디스크인 것을 특징으로 하는 유도 파워어댑터.
  39. 제37항에 있어서, 상기 히트싱크의 직경이 어댑터의 케이싱의 내경보다 작아 히트싱크와 케이싱 사이에서 공기가 순환되는 것을 특징으로 하는 유도 파워어댑터.
  40. 유도결합된 전기부하가 없을 때 유도 파워아울렛의 전력 송전을 방지하는 송전-가드에 있어서:
    상기 파워아울렛의 1차코일은 전원에 연결되고 전기부하에 연결된 2차코일과 유도결합을 하며;
    송전-키가 없을 때는 상기 1차코일이 전원에 연결되는 것을 방지하는 송전-락을 포함하는 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  41. 제40항에 있어서, 상기 송전-락이 자기스위치를 포함하고, 상기 송전-키는 2차코일에 연결된 자기소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  42. 제41항에 있어서, 상기 송전-락이 자기소자와 일치하여 작동되었을 때만 1차코일을 전원에 연결하는 일련의 자기스위치들을 갖는 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  43. 제41항에 있어서, 상기 자기스위치가 자기센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  44. 제40항에 있어서, 해제신호를 내는 이미터와 해제신호를 감지하는 디텍터를 더 포함하고; 상기 송전-키는 이미터와 디텍터 사이를 브리지하기 위해 2차코일과 연결된 브리지를 구비하여, 2차코일이 1차코일과 정렬되었을 때만 상기 해제신호가 이미터에서 디텍터로 보내지는 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  45. 제44항에 있어서, 상기 해제신호가 광신호이고 상기 브리지가 도파관인 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  46. 제44항에 있어서, 상기 해제신호가 자기신호이고 상기 브리지가 자속가이드인 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  47. 제40항에 있어서, 상기 송전-키가 2차코일과 연결된 이미터에서 방출된 해제신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  48. 제47항에 있어서, 상기 해제신호가 광신호인 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  49. 제48항에 있어서, 상기 광신호가 송전-락을 해제하기 위해 디텍터에 의해 수신되는 적외선 펄스인 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  50. 제49항에 있어서, 상기 해제신호가 자기신호인 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  51. 제50항에 있어서, 상기 이미터가 상기 2차코일인 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  52. 제40항에 있어서, 상기 1차코일에서 저전력 전력펄스를 송전하여, 2차코일이 1차코일과 정렬되었을 때 상기 전력펄스가 2차코일로 송전되고 이런 전력펄스에 의해 송전-키가 작동되는 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  53. 제40항에 있어서, 2차코일의 존재 가능성을 나타내는 제1 송전-키에 의해 해제되는 제1 송전-락과, 2차코일의 존재를 확인하는 제2 송전-키에 의해 해제되는 제2 송전-락을 포함하는 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  54. 제53항에 있어서, 상기 제1 송전-락이 1차코일에서 전력펄스를 송전시키고, 상기 제2 송전-키는 2차코일이 받는 전력펄스에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  55. 제41항에 있어서, 상기 자기소자가 페라이트 자속가이드 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  56. 제44항에 있어서, 상기 해제신호가 기계식 신호, 오디오 신호, 초음파 신호 또는 마이크로파인 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  57. 제47항에 있어서, 상기 해제신호가 기계식 신호, 오디오 신호, 초음파 신호 또는 마이크로파인 것을 특징으로 하는 송전-가드.
  58. 제40항의 송전-가드에 사용하기 위한 송전-키.
  59. 제40항의 송전-가드에 사용하기 위한 송전-락.
  60. 제40항의 송전-가드에 의해 보호되는 유도 파워아울렛.
  61. 유도 파워아울렛에서 전력을 받기 위한 유도 파워리시버를 갖는 유도송전장치에 있어서:
    상기 유도 파워아울렛의 1차코일이 드라이버를 통해 전원에 연결되고, 상기 유도 파워리시버의 2차코일은 상기 1차코일에 유도결합하여 전기부하에 전력을 공급하며;
    상기 1차코일에서 2차코일로 자속을 안내하는 자속가이드를 포함하고, 이 자속가이드가 비정질 강자성체를 갖는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  62. 제61항에 있어서, 상기 비정질 강자성체의 두께가 30미크론 미만인 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  63. 제61항에 있어서, 상기 비정질 강자성체가 2개의 폴리머층 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  64. 제61항에 있어서, 상기 자속가이드가 다수의 비정질 강자성체 층을 포함하고, 상기 강자성체 층들은 절연재에 의해 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  65. 제61항에 있어서, 상기 자속가이드가 비정질 강자성체의 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  66. 제65항에 있어서, 와전류의 축적을 줄이기 위해 상기 웨이퍼에 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  67. 제66항에 있어서, 상기 웨이퍼가 원형이고 상기 슬릿이 반경 방향으로 뻗는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  68. 제65항에 있어서, 상기 웨이퍼가 비정질 강자성체 시트를 절단한 것임을 특징으로 하는 유도송전장치.
  69. 제61항에 있어서, 상기 자속가이드가 비정질 강자성체로 된 마이크로와이어인 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  70. 제69항에 있어서, 상기 마이크로와이어가 클로스를 형성하는
    것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  71. 유도 파워아울렛에서 유도 파워리시버에 유도전력을 송전하고, 파워아울렛의 1차코일은 드라이버를 통해 전원에 연결되며, 유도리시버의 2차코일은 1차코일에 유도결합하고, 상기 2차코일이 전기부하에 전력을 공급하는 유도송전장치에 있어서:
    a. 캐소드에 흐르는 전류가 임계치를 넘을 때 ON 상태로 바뀌는 전자식 스위치를 갖춘 저열손실 전파정류기;
    b. 상기 전원과 1차코일을 연결하고, 상기 1차코일에 구동전압을 공급하며, 이 구동전압이 1차코일과 2차코일 사이의 유도결합 공진주파수와는 다른 송전주파수로 진동하는 드라이버;
    c. 상기 파워리시버가 동작중일 때 사용자가 상처 없이 다룰 수 있도록 파워리시버와는 단열되어 있는 유도 파워어댑터;
    d. 유도결합된 전기부하가 없을 때는 상기 파워아울렛의 전력 송전을 방지하고, 송전-키가 없으면 1차코일의 전원에의 연결을 방지하는 송전-락이 달린 송전-가드; 및
    e. 상기 1차코일에서 2차코일로의 자속을 안내하고, 비정질 강자성체로 된 자속가이드;를 포함하는 군에서 선택된 요소들 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  72. 제71항에 있어서, 상기 요소들 중의 적어도 2개를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
  73. 제71항에 있어서, 상기 요소들 중의 적어도 3개를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도송전장치.
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