JP2016522664A - 無線電力受信装置 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】本発明の実施形態に係る無線電力送信装置から無線で電力を受信する無線電力受信装置は、磁性体と、前記磁性体に配置され、前記無線電力送信装置の送信コイルとカップリングされて電力を受信する受信コイル、及び前記受信コイルの内側に配置され、前記磁性体が外部磁場の影響により飽和されることを防止する磁性体飽和防止部を含む。【選択図】図１

Description

本発明は無線電力転送技術に関し、より詳しくは、無線電力受信装置の磁性体の特性の弱化を防止し、電力転送効率を向上させるための無線電力受信装置に関する。
無線で電気エネルギーを所望の機器に伝達する無線電力転送技術（wireless power transmissionまたはwireless energy transfer）は既に１８００年代に電磁気誘導原理を用いた電気モータや変圧器が使われ始めて、その後にはラジオ波やレーザーのような電磁波を放射して電気エネルギーを転送する方法も試みられた。私達がしばしば使用する電動歯ブラシや一部無線カミソリも実際は電磁気誘導原理により充電される。電磁気誘導は導体の周辺で磁場を変化させた時、電圧が誘導されて電流が流れる現象をいう。電磁気誘導方式は小型機器を中心に商用化が速く進められているが、電力の転送距離が短いという問題がある。
現在まで無線方式によるエネルギー伝達方式は電磁気誘導の以外に共振及び短波長無線周波数を用いた遠距離送信技術などがある。
最近、このような無線電力転送技術のうち、電磁気誘導または共振を用いたエネルギー伝達方式が多く使われている。
電磁気誘導または共振を用いた無線電力転送システムは、送信側と受信側のコイルを通じて電力が無線で伝達されるので、ユーザは携帯用機器のような電子機器を容易に充電することができる。
また、無線電力転送システムの送信装置は受信装置との整列のために磁石を含んでいる。送信装置の送信コイルの内側に含まれた磁石によって送信側のコイルと受信側のコイルとの間の位置をガイドして送信側のコイルと受信側のコイルとの整列が合わせて電力転送効率が向上できる。
しかしながら、既存には送信装置に備えられた磁石が送信装置の送信コイルの内側に挿入される場合、前記磁石により発生する逆磁場と受信装置の磁性体により発生する磁場とが互いに相殺されて飽和電流が増加すれば、磁性体が飽和されて磁性体の特性が弱化できる。磁性体の特性が弱化すれば、受信コイルの特性、即ち受信コイルのインダクタンス（Ｌ）及び受信コイルの抵抗成分（Ｒ）が変化できるので、受信コイル２００の品質指数（Ｑ、Ｑ＝Ｗ＊Ｌ／Ｒ）が減少できる。受信コイルのＱ値が減少すれば、無線電力送信装置と無線電力受信装置との間の電力転送効率が減少できるので、前記磁石により磁性体が影響を受けないようにする方案が必要である。
本発明は、外部の磁場による影響によって無線電力受信装置の磁性体が飽和されることを防止する無線電力受信装置の提供を目的とする。
本発明は、無線電力送信装置に備えられた磁石によって無線電力受信装置の磁性体が飽和されることを防止して無線電力送信装置と無線電力受信装置との間の電力転送効率を向上させることができる無線電力受信装置の提供を目的とする。
本発明の実施形態に係る無線電力送信装置から無線で電力を受信する無線電力受信装置は、磁性体と、前記磁性体に配置され、前記無線電力送信装置の送信コイルとカップリングされて電力を受信する受信コイル、及び前記受信コイルの内側に配置され、前記磁性体が外部磁場の影響により飽和されることを防止する磁性体飽和防止部を含む。
前記磁性体飽和防止部は、前記磁性体が前記無線電力送信装置に備えられた磁石により飽和されることを防止することができる。
前記磁性体飽和防止部は、前記受信コイルで形成される磁場の方向を前記受信コイルの内側に変更させて前記磁性体の飽和を防止することができる。
前記磁性体飽和防止部は、金属で構成されたＬパターン、円パターン、四角パターン、三角パターン、及び六角パターンのうち、少なくともいずれか１つを含むことができる。
前記磁性体飽和防止部は、Ｌパターン、円パターン、四角パターン、三角パターン、及び六角パターンのうち、少なくとも２つのパターンを含むことができる。
前記磁性体飽和防止部は、前記少なくとも２つのパターンのうちのいずれか１つのパターンは前記受信コイル内側中心に配置され、残りのパターンは前記受信コイル内側中心から一定距離だけ離隔して配置できる。
前記受信コイルの内側が形成する面積と前記磁性体飽和防止部が形成する面積との割合は０．２０４から０．７１６の範囲を有することができる。
本発明の多様な実施形態によれば、磁性体飽和防止部の構成により無線電力送信装置に備えられた磁石により無線電力受信装置の磁性体が飽和されることを防止することができる。
また、本発明の多様な実施形態に係る無線電力受信装置は、受信コイルで形成される磁場の方向を内側に変更させて受信コイルの内側に磁場を集中させることができる。これによって、無線電力送信装置と無線電力受信装置との間の電力転送効率が向上できる。
一方、その他の多様な効果は後述する本発明の実施形態に係る詳細な説明で直接的または暗示的に開示される。
本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置を説明するための平面図である。 本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置を説明するための斜視図である。 本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置に備えられた受信コイルのスペックを説明するための図である。 本発明の実施形態に従って磁性体飽和防止部を使用した場合、受信コイルで形成される磁場の方向を説明するための図である。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の実施形態に従って受信コイルの内側面積と四角パターンの面積割合に従う電力転送効率を説明するための実験データ表である。 本発明の実施形態に従って受信コイルの内側面積と四角パターンの面積割合に従う電力転送効率を説明するためのグラフである。
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
まず、図１から図４を参照して、本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置１０を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置を説明するための平面図であり、図２は本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置を説明するための斜視図であり、図３は本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置に備えられた受信コイルのスペックを説明するための図であり、図４は本発明の実施形態に従って磁性体飽和防止部を使用した場合、受信コイルで形成される磁場の方向を説明するための図である。
まず、図１から図２を参考すると、無線電力受信装置１０は、磁性体１００、受信コイル２００、及び磁性体飽和防止部３００を含むことができる。
磁性体１００は、無線電力送信装置から受信する磁場の方向を変更させることができる。具体的に、磁性体１００は無線電力送信装置に備えられた送信コイルから伝達を受ける磁場の方向を受信コイル２００の内側に変更させて外部に漏出できる磁場の量を減少させることができる。これによって、外部に漏出される磁場の量を最小化させる遮蔽効果を得ることができる。
また、磁性体１００は無線電力送信装置の送信コイルから伝達を受ける磁場の方向を受信コイル２００の内側に変更させて受信コイル２００が送信コイルから磁場を集中的に伝達を受けることができるようにする。
また、磁性体１００は送信コイルから伝達を受ける磁場のうち、外部に漏出される磁場を吸収して熱として放出させることができる。このような磁性体１００の役割によって外部に漏出されて人体に有害な影響を及ぼす磁場の量が減少できる。
磁性体１００は、シート（sheet）または基板の形態を有することができる。磁性体１００の上には後述する受信コイル２００及び磁性体飽和防止部３００が配置できる。
受信コイル２００は無線電力送信装置に備えられた送信コイルとカップリングされて磁場を通じて送信コイルから無線で電力を受信することができる。一実施形態において、受信コイル２００は送信コイルから電磁気誘導を通じて無線で電力を受信することができる。受信コイル２００が受信した電力は交流電力であって、受信コイル２００は受信した交流電力を整流回路を通じて負荷に伝達することができる。負荷は直流電力を必要とする任意の充電池または装置でありうる。
受信コイル２００はスパイラルまたはヘリカル形態のパターンを有することができるが、これに限定されるものではない。
受信コイル２００は磁性体１００の上に配置されることができ、複数の導線が巻線されて形成された一定のパターンを有することができる。
本発明の実施形態に係る受信コイル２００の詳細なスペックは、図３を参照して説明する。
図３を参照すると、無線電力転送に使われる周波数は１００乃至１５０ＫＨｚ範囲を有することができる。受信コイル２００の厚さ（Ｔ）は０．１ｍｍでありうる。受信コイル２００を構成する１つの導線の幅は０．６ｍｍでありうる。受信コイル２００の巻線数は１５ターンでありうる。受信コイル２００の内径は２０ｍｍで、外径は４０ｍｍでありうる。受信コイル２００を構成する導線間の間隔は０．１２以上、０．１４ｍｍ以下の範囲を有することができる。
また図１及び図２を説明する。
磁性体飽和防止部３００は磁性体１００の上に配置されることができ、受信コイル２００の内側に配置できる。
磁性体飽和防止部３００は、少なくとも１つの金属パターンを含む。この際、金属パターンは金属からなり、多角形パターンでありうる。多角形パターンは、円パターン、Ｌパターン、四角形パターン、三角形パターン、及び六角形パターンを含むことができるが、これに限定されるものではない。
磁性体飽和防止部３００は、Ｌパターン及び円パターンを含むことができる。この場合、Ｌパターンは受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、円パターンはＬパターンの一側に配置できる。一実施形態において、円パターンは多様な面積を有することができる。
磁性体飽和防止部３００は、Ｌパターン及び四角パターンを含むことができる。この場合、Ｌパターンは受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、四角パターンはＬパターンの一側に配置できる。四角パターンは正四角形パターンであって、多様な面積を有することができる。
磁性体飽和防止部３００は、Ｌパターン及び三角パターンを含むことができる。この場合、Ｌパターンは受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、三角パターンはＬパターンの一側に配置できる。三角パターンは正三角形パターンであって、多様な面積を有することができる。
磁性体飽和防止部３００は、Ｌパターン及び六角パターンを含むことができる。この場合、Ｌパターンは受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、六角パターンはＬパターンの一側に配置できる。
磁性体飽和防止部３００は、Ｌパターン、四角パターン、及び円パターンのうちの１つのパターンのみを含むことができる。この場合、Ｌパターン、四角パターン、及び円パターンは、受信コイル２００の内側に配置できる。一実施形態において、各パターンは受信コイル２００の内側中心に配置されることもでき、受信コイル２００の内側中心から一定距離だけ離隔して配置されることもできる。
一実施形態において、前記金属は、銅、金、銀のうちの少なくともいずれか１つで形成できるが、これに限定されるものではない。
多様なパターンを含むことができる磁性体飽和防止部３００は、無線電力送信装置に備えられた磁石により磁性体１００が飽和されることを防止することができる。これに対して具体的に説明する。無線電力送信装置は、送信コイルと受信コイルとの間の位置を整列するために送信コイルの内側に磁石を含むことができる。前記磁石により発生する逆磁場と磁性体１００により発生する磁場とが互いに相殺されて飽和電流が増加すれば、磁性体１００が飽和されて、磁性体１００の特性が弱化できる。磁性体１００の特性が弱化すれば、受信コイル２００の特性、即ち受信コイル２００のインダクタンス（Ｌ）及び受信コイル２００の抵抗成分（Ｒ）が変化できるので、受信コイル２００の品質指数（Ｑ、Ｑ＝Ｗ＊Ｌ／Ｒ）が減少できる。受信コイル２００のＱ値が減少すれば、無線電力送信装置と無線電力受信装置１０との間の電力転送効率が減少できるので、前記磁石により磁性体１００が影響を受けないようにする方案が必要である。
ここに、磁性体飽和防止部３００は受信コイル２００で形成される磁場を受信コイル２００の内側に誘起させて無線電力送信装置に備えられた磁石により磁性体１００が受ける影響を最小化させることができる。これによって、無線電力送信装置に備えられた磁石により無線電力受信装置１０の磁性体１００が飽和されることを防止することができ、無線電力送信装置の送信コイルと無線電力受信装置１０の受信コイルとの間の電力転送効率が向上できる。これに対しては図４を参照して説明する。
図４では、便宜上、磁性体１００と磁性体飽和防止部３００の構成は図示しなかった。
図４を参照すると、受信コイル２００の近くには磁場が一定方向に形成されている。特に、本発明の実施形態に従って磁性体飽和防止部（図示せず）を受信コイル２００の内側に配置させれば、磁性体飽和防止部（図示せず）によって磁場の方向が受信コイル２００の内側に変更されることを確認することができる。これに対しては図５乃至図２３のシミュレーション結果を参照して詳細に説明する。
次に、図５乃至図２３を説明する。
図５乃至図２３は、本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。
図５乃至図２３のH-Fieldで磁場は明度の低い色、即ち暗い色に行くほど強さが弱いことを意味する。各色に対する磁場の強さは各シミュレーション資料の左側上段に表示されている。
また、図５乃至図２３の各々の図面で、（ａ）図面は無線電力受信装置の斜視図に基づいて磁場の放射パターンを示しており、（ｂ）図面は無線電力受信装置の平面図に基づいて磁場の放射パターンを示している。
図５乃至図２３で、受信コイル２００のスペックは図３で説明したものと同一であり、特にシミュレーション結果で使用した周波数は１５０ＫＨｚであり、受信コイル２００の線間の間隔は０．１２ｍｍである。
また、図５乃至図２３で、便宜上、磁性体１００の構成は省略した。
まず、図５は磁性体飽和防止部３００を含まない場合の磁場放射パターンを示す。以下、図５と磁性体飽和防止部３００を含んだ場合の磁場放射パターンとを比較して本発明の多様な実施形態を説明する。
図６を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び円パターン３２０を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、円パターン３２０はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、円パターン３２０は受信コイル２００の内側中心から左側下段に配置できる。ここで、円パターン３２０の直径は２ｍｍである。Ｌパターン３１０及び円パターン３２０は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図６の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図６の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図７を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び円パターン３２１を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、円パターン３２１はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、円パターン３２０は受信コイル２００の内側中心から左側下段に配置できる。ここで、円パターン３２１の直径は４ｍｍである。Ｌパターン３１０及び円パターン３２１は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図７の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図７の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図８を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び円パターン３２２を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、円パターン３２２はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、円パターン３２２は受信コイル２００の内側中心の下段に配置できる。ここで、円パターン３２１の直径は４ｍｍである。Ｌパターン３１０及び円パターン３２２は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図８の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図８の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図９を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び円パターン３２３を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、円パターン３２３はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、円パターン３２２は受信コイル２００の内側中心の上段に配置できる。ここで、円パターン３２１の直径は４ｍｍである。Ｌパターン３１０及び円パターン３２３は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図９の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図９の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１０を参考すると、磁性体飽和防止部３００は円パターン３２４を含むことができる。円パターン３２４は受信コイル２００の内側にある中心点から左側下段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、円パターン３２４の直径は２ｍｍである。円パターン３２４は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１０の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１０の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１１を参考すると、磁性体飽和防止部３００は円パターン３２５を含むことができる。円パターン３２５は受信コイル２００の内側にある中心から左側下段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、円パターン３２５の直径は４ｍｍである。円パターン３２５は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１１の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１１の場合がより大きいことを確認することができる。また、図１０と図１１を比較して見ると、円パターンの面積の大きい図１１の実施形態が図１０の実施形態に比べて受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さがより大きいことを確認することができる。
次に、図１２を参考すると、磁性体飽和防止部３００は円パターン３２６を含むことができる。円パターン３２６は受信コイル２００の内側中心から下段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、円パターン３２６の直径は４ｍｍである。円パターン３２６は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１２の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１２の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１３を参考すると、磁性体飽和防止部３００は円パターン３２７を含むことができる。円パターン３２７は円パターン３２７の中心と受信コイル２００の内側にある中心とが一致するように配置できる。ここで、円パターン３２５の直径は８ｍｍである。円パターン３２７は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１３の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１２の場合がより大きいことを確認することができる。また、図１２と図１３を比較して見ると、円パターンの面積がより大きく、円パターンの中心点が受信コイル２００の内側中心点と一致する図１３の実施形態が図１２の実施形態に比べて受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さがより大きいことを確認することができる。
次に、図１４を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び四角パターン３３１を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、四角パターン３３１はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、四角パターン３３１は受信コイル２００の内側中心から左側下段に配置できる。ここで、四角パターン３３１は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは３ｍｍである。Ｌパターン３１０及び四角パターン３３１は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１４の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１４の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１５を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び四角パターン３３３を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、四角パターン３３３はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、四角パターン３３３は受信コイル２００の内側中心から左側下段に配置できる。ここで、四角パターン３３３は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは４ｍｍである。Ｌパターン３１０及び四角パターン３３３は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１５の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１５の場合がより大きいことを確認することができる。また、図１４と図１５を比較して見ると、四角パターンの面積が大きい図１５の実施形態が図１４の実施形態に比べて受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さがより大きいことを確認することができる。
次に、図１６を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び四角パターン３３５を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、四角パターン３３５はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、四角パターン３３５は受信コイル２００の内側中心から下段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、四角パターン３３５は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは４ｍｍである。Ｌパターン３１０及び四角パターン３３５は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１６の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１６の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１７を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び四角パターン３３７を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、四角パターン３３７はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、四角パターン３３７は受信コイル２００の内側中心から上段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、四角パターン３３７は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは４ｍｍである。Ｌパターン３１０及び四角パターン３３７は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１７の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１７の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１８を参考すると、磁性体飽和防止部３００は四角パターン３３９を含むことができる。四角パターン３３９は受信コイル２００の内側中心から左側下段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、四角パターン３３９は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは４ｍｍである。四角パターン３３９は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１８の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１８の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１９を参考すると、磁性体飽和防止部３００は四角パターン３４１を含むことができる。四角パターン３４１は受信コイル２００の内側中心から下段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、四角パターン３４１は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは４ｍｍである。四角パターン３４１は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１９の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１９の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図２０を参考すると、磁性体飽和防止部３００は四角パターン３４３を含むことができる。四角パターン３４３は四角パターン３４３の中心と受信コイル２００の内側中心とが一致するように配置できる。ここで、四角パターン３４３は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは８ｍｍである。四角パターン３４３は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図２０の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図２０の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図２１を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置できる。ここで、Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図２１の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図２１の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図２２を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び三角パターン３５１を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、三角パターン３５１はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、三角パターン３５１は受信コイル２００の内側中心から左側下段に配置できる。ここで、三角パターン３５１は正三角形の形態でありうる。Ｌパターン３１０及び三角パターン３５１は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図２２の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図２２の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図２３を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び六角パターン３６１を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、六角パターン３６１はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、六角パターン３６１は受信コイル２００の内側中心から左側下段に配置できる。ここで、六角パターン３６１は正三角形の形態でありうる。Ｌパターン３１０及び六角パターン３６１は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図２３の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図２３の場合がより大きいことを確認することができる。
このように、本発明の多様な実施形態によれば、多様なパターンを含む磁性体飽和防止部３００の構成によって無線電力送信装置に備えられた磁石により無線電力受信装置１０の磁性体１００が飽和されることを防止することができる。
また、本発明の多様な実施形態に係る無線電力受信装置１０は受信コイル２００で形成される磁場の方向を内側に変更させて受信コイル２００の内側に磁場を集中させることができる。これによって、無線電力送信装置と無線電力受信装置１０との間の電力転送効率が向上できる。
次に、図２４乃至図２５を参照して本発明の実施形態に係る受信コイルの内側面積と四角パターンの面積対比電力転送効率の変化を説明する。
図２４は本発明の実施形態に従って受信コイル２００の内側面積と四角パターンの面積割合に従う電力転送効率を説明するための実験データ表であり、図２５は本発明の実施形態に従って受信コイル２００の内側面積と四角パターンの面積割合に従う電力転送効率を説明するためのグラフである。
図２４乃至図２５の実験資料で使われた受信コイル２００のスペックは、次の通りである。受信コイル２００の厚さ（Ｔ）は０．１ｍｍであり、受信コイル２００を構成する１つの導線の幅は０．６ｍｍであり、受信コイル２００の巻線数は１５ターンであり、受信コイル２００を構成する導線間の間隔は０．１２ｍｍ以上、０．１４ｍｍ以下の範囲を有する。
図２４を参照すると、受信コイル２００の内径、受信コイル２００の内側面積、受信コイル２００の内側中心に配置された四角パターンの面積、受信コイル２００の内側面積と四角パターンの面積割合、受信コイル２００の内側面積と四角パターンの面積割合に従う電力転送効率、及び受信コイル２００の内側に四角パターンのない場合の電力転送効率の実験データが図示されている。
受信コイル２００の内径は受信コイル２００の内側が形成する円の直径であり、受信コイルの内側面積は円の面積になることができる。受信コイル２００の内側中心に配置された四角パターンは正四角パターンであって、その面積は正四角形の面積でありうる。
受信コイル２００の内側面積と四角パターンの面積割合に従う電力転送効率を図２４及び図２５を参照して説明すると、受信コイル２００の内側中心にパターンが配置された場合の電力転送効率が受信コイル２００の内側中心にパターンのない場合に比べてより大きいことを確認することができる。
現在、無線電力転送において電力転送効率は一般的に６０乃至６４％の範囲を有することができる。しかしながら、本発明の実施形態に従って受信コイル２００の内側中心に磁性体の飽和を防止するためのパターンを配置すれば、図２５に示すように、受信コイル２００の内側中心に磁性体飽和防止のためのパターンの配置によって既存に比べて電力転送効率が向上することを確認することができる。特に、本発明の実施形態に従って受信コイル２００の内側面積と受信コイル２００の内側中心に位置した四角パターンが形成する面積の割合が０．２０４以上、０．７１６以下の範囲を有する場合、６４％を超過する電力転送効率が得られるので、既存の無線電力転送技術で得ることができる電力転送効率より向上した効果を期待することができる。例えば、受信コイル２００の内径は２５ｍｍ以上、６０ｍｍ以下であり、四角パターンの面積は１００ｍｍ２以上、２０２５ｍｍ２以下でありうる。
以上、本発明の好ましい実施形態に対して図示及び説明したが、本発明は前述した特定の実施形態に限定されるものではなく、請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者により多様な変形実施が可能であることは勿論であり、このような変形実施は本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならない。
本発明の実施形態に係る無線電力受信装置１０は、携帯電話、スマートフォン（smart phone）、ノートブックコンピュータ（laptop computer）、ディジタル放送用端末機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、ＰＭＰ（Portable Multimedia Player）、ナビゲーションなどの移動端末機に装着できる。
しかしながら、本明細書に記載された実施形態に係る構成は移動端末機のみに適用可能な場合を除外すれば、ディジタルＴＶ、デスクトップコンピュータなどの固定端末機にも適用できることを本技術分野の当業者であれば容易に分かる。
本発明は無線電力転送技術に関し、より詳しくは、無線電力受信装置の磁性体の特性の弱化を防止し、電力転送効率を向上させるための無線電力受信装置に関する。
無線で電気エネルギーを所望の機器に伝達する無線電力転送技術（wireless power transmissionまたはwireless energy transfer）は既に１８００年代に電磁気誘導原理を用いた電気モータや変圧器が使われ始めて、その後にはラジオ波やレーザーのような電磁波を放射して電気エネルギーを転送する方法も試みられた。私達がしばしば使用する電動歯ブラシや一部無線カミソリも実際は電磁気誘導原理により充電される。電磁気誘導は導体の周辺で磁場を変化させた時、電圧が誘導されて電流が流れる現象をいう。電磁気誘導方式は小型機器を中心に商用化が速く進められているが、電力の転送距離が短いという問題がある。
現在まで無線方式によるエネルギー伝達方式は電磁気誘導の以外に共振及び短波長無線周波数を用いた遠距離送信技術などがある。
最近、このような無線電力転送技術のうち、電磁気誘導または共振を用いたエネルギー伝達方式が多く使われている。
電磁気誘導または共振を用いた無線電力転送システムは、送信側と受信側のコイルを通じて電力が無線で伝達されるので、ユーザは携帯用機器のような電子機器を容易に充電することができる。
また、無線電力転送システムの送信装置は受信装置との整列のために磁石を含んでいる。送信装置の送信コイルの内側に含まれた磁石によって送信側のコイルと受信側のコイルとの間の位置をガイドして送信側のコイルと受信側のコイルとの整列が合わせて電力転送効率が向上できる。
しかしながら、既存には送信装置に備えられた磁石が送信装置の送信コイルの内側に挿入される場合、前記磁石により発生する逆磁場と受信装置の磁性体により発生する磁場とが互いに相殺されて飽和電流が増加すれば、磁性体が飽和されて磁性体の特性が弱化できる。磁性体の特性が弱化すれば、受信コイルの特性、即ち受信コイルのインダクタンス（Ｌ）及び受信コイルの抵抗成分（Ｒ）が変化できるので、受信コイル２００の品質指数（Ｑ、Ｑ＝Ｗ＊Ｌ／Ｒ）が減少できる。受信コイルのＱ値が減少すれば、無線電力送信装置と無線電力受信装置との間の電力転送効率が減少できるので、前記磁石により磁性体が影響を受けないようにする方案が必要である。
本発明は、外部の磁場による影響によって無線電力受信装置の磁性体が飽和されることを防止する無線電力受信装置の提供を目的とする。
本発明は、無線電力送信装置に備えられた磁石によって無線電力受信装置の磁性体が飽和されることを防止して無線電力送信装置と無線電力受信装置との間の電力転送効率を向上させることができる無線電力受信装置の提供を目的とする。
本発明の実施形態に係る無線電力送信装置から無線で電力を受信する無線電力受信装置は、無線電力送信装置に含まれた送信コイルから伝達を受ける磁場の方向を変更させる磁性体、前記磁性体に配置され、電力を受信する受信コイル、及び前記受信コイルの内側に配置され、前記磁性体で発生する磁場と前記無線電力送信装置で発生する磁場とが互いに相殺される第１及び第２磁性体飽和パターンを含む。
本発明の多様な実施形態によれば、磁性体飽和防止部の構成により無線電力送信装置に備えられた磁石により無線電力受信装置の磁性体が飽和されることを防止することができる。
また、本発明の多様な実施形態に係る無線電力受信装置は、受信コイルで形成される磁場の方向を内側に変更させて受信コイルの内側に磁場を集中させることができる。これによって、無線電力送信装置と無線電力受信装置との間の電力転送効率が向上できる。
一方、その他の多様な効果は後述する本発明の実施形態に係る詳細な説明で直接的または暗示的に開示される。
本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置を説明するための平面図である。 本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置を説明するための斜視図である。 本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置に備えられた受信コイルのスペックを説明するための図である。 本発明の実施形態に従って磁性体飽和防止部を使用した場合、受信コイルで形成される磁場の方向を説明するための図である。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。 本発明の実施形態に従って受信コイルの内側面積と四角パターンの面積割合に従う電力転送効率を説明するための実験データ表である。 本発明の実施形態に従って受信コイルの内側面積と四角パターンの面積割合に従う電力転送効率を説明するためのグラフである。
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
まず、図１から図４を参照して、本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置１０を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置を説明するための平面図であり、図２は本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置を説明するための斜視図であり、図３は本発明の一実施形態に係る無線電力受信装置に備えられた受信コイルのスペックを説明するための図であり、図４は本発明の実施形態に従って磁性体飽和防止部を使用した場合、受信コイルで形成される磁場の方向を説明するための図である。
まず、図１から図２を参考すると、無線電力受信装置１０は、磁性体１００、受信コイル２００、及び磁性体飽和防止部３００を含むことができる。
磁性体１００は、無線電力送信装置から受信する磁場の方向を変更させることができる。具体的に、磁性体１００は無線電力送信装置に備えられた送信コイルから伝達を受ける磁場の方向を受信コイル２００の内側に変更させて外部に漏出できる磁場の量を減少させることができる。これによって、外部に漏出される磁場の量を最小化させる遮蔽効果を得ることができる。
また、磁性体１００は無線電力送信装置の送信コイルから伝達を受ける磁場の方向を受信コイル２００の内側に変更させて受信コイル２００が送信コイルから磁場を集中的に伝達を受けることができるようにする。
また、磁性体１００は送信コイルから伝達を受ける磁場のうち、外部に漏出される磁場を吸収して熱として放出させることができる。このような磁性体１００の役割によって外部に漏出されて人体に有害な影響を及ぼす磁場の量が減少できる。
磁性体１００は、シート（sheet）または基板の形態を有することができる。磁性体１００の上には後述する受信コイル２００及び磁性体飽和防止部３００が配置できる。
受信コイル２００は無線電力送信装置に備えられた送信コイルとカップリングされて磁場を通じて送信コイルから無線で電力を受信することができる。一実施形態において、受信コイル２００は送信コイルから電磁気誘導を通じて無線で電力を受信することができる。受信コイル２００が受信した電力は交流電力であって、受信コイル２００は受信した交流電力を整流回路を通じて負荷に伝達することができる。負荷は直流電力を必要とする任意の充電池または装置でありうる。
受信コイル２００はスパイラルまたはヘリカル形態のパターンを有することができるが、これに限定されるものではない。
受信コイル２００は磁性体１００の上に配置されることができ、複数の導線が巻線されて形成された一定のパターンを有することができる。
本発明の実施形態に係る受信コイル２００の詳細なスペックは、図３を参照して説明する。
図３を参照すると、無線電力転送に使われる周波数は１００乃至１５０ＫＨｚ範囲を有することができる。受信コイル２００の厚さ（Ｔ）は０．１ｍｍでありうる。受信コイル２００を構成する１つの導線の幅は０．６ｍｍでありうる。受信コイル２００の巻線数は１５ターンでありうる。受信コイル２００の内径は２０ｍｍで、外径は４０ｍｍでありうる。受信コイル２００を構成する導線間の間隔は０．１２以上、０．１４ｍｍ以下の範囲を有することができる。
また図１及び図２を説明する。
磁性体飽和防止部３００は磁性体１００の上に配置されることができ、受信コイル２００の内側に配置できる。
磁性体飽和防止部３００は、少なくとも１つの金属パターンを含む。この際、金属パターンは金属からなり、多角形パターンでありうる。多角形パターンは、円パターン、Ｌパターン、四角形パターン、三角形パターン、及び六角形パターンを含むことができるが、これに限定されるものではない。
磁性体飽和防止部３００は、Ｌパターン及び円パターンを含むことができる。この場合、Ｌパターンは受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、円パターンはＬパターンの一側に配置できる。一実施形態において、円パターンは多様な面積を有することができる。
磁性体飽和防止部３００は、Ｌパターン及び四角パターンを含むことができる。この場合、Ｌパターンは受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、四角パターンはＬパターンの一側に配置できる。四角パターンは正四角形パターンであって、多様な面積を有することができる。
磁性体飽和防止部３００は、Ｌパターン及び三角パターンを含むことができる。この場合、Ｌパターンは受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、三角パターンはＬパターンの一側に配置できる。三角パターンは正三角形パターンであって、多様な面積を有することができる。
磁性体飽和防止部３００は、Ｌパターン及び六角パターンを含むことができる。この場合、Ｌパターンは受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、六角パターンはＬパターンの一側に配置できる。
磁性体飽和防止部３００は、Ｌパターン、四角パターン、及び円パターンのうちの１つのパターンのみを含むことができる。この場合、Ｌパターン、四角パターン、及び円パターンは、受信コイル２００の内側に配置できる。一実施形態において、各パターンは受信コイル２００の内側中心に配置されることもでき、受信コイル２００の内側中心から一定距離だけ離隔して配置されることもできる。
一実施形態において、前記金属は、銅、金、銀のうちの少なくともいずれか１つで形成できるが、これに限定されるものではない。
多様なパターンを含むことができる磁性体飽和防止部３００は、無線電力送信装置に備えられた磁石により磁性体１００が飽和されることを防止することができる。これに対して具体的に説明する。無線電力送信装置は、送信コイルと受信コイルとの間の位置を整列するために送信コイルの内側に磁石を含むことができる。前記磁石により発生する逆磁場と磁性体１００により発生する磁場とが互いに相殺されて飽和電流が増加すれば、磁性体１００が飽和されて、磁性体１００の特性が弱化できる。磁性体１００の特性が弱化すれば、受信コイル２００の特性、即ち受信コイル２００のインダクタンス（Ｌ）及び受信コイル２００の抵抗成分（Ｒ）が変化できるので、受信コイル２００の品質指数（Ｑ、Ｑ＝Ｗ＊Ｌ／Ｒ）が減少できる。受信コイル２００のＱ値が減少すれば、無線電力送信装置と無線電力受信装置１０との間の電力転送効率が減少できるので、前記磁石により磁性体１００が影響を受けないようにする方案が必要である。
ここに、磁性体飽和防止部３００は受信コイル２００で形成される磁場を受信コイル２００の内側に誘起させて無線電力送信装置に備えられた磁石により磁性体１００が受ける影響を最小化させることができる。これによって、無線電力送信装置に備えられた磁石により無線電力受信装置１０の磁性体１００が飽和されることを防止することができ、無線電力送信装置の送信コイルと無線電力受信装置１０の受信コイルとの間の電力転送効率が向上できる。これに対しては図４を参照して説明する。
図４では、便宜上、磁性体１００と磁性体飽和防止部３００の構成は図示しなかった。
図４を参照すると、受信コイル２００の近くには磁場が一定方向に形成されている。特に、本発明の実施形態に従って磁性体飽和防止部（図示せず）を受信コイル２００の内側に配置させれば、磁性体飽和防止部（図示せず）によって磁場の方向が受信コイル２００の内側に変更されることを確認することができる。これに対しては図５乃至図２３のシミュレーション結果を参照して詳細に説明する。
次に、図５乃至図２３を説明する。
図５乃至図２３は、本発明の多様な実施形態に係る磁場の放射パターンを示すH-Fieldである。
図５乃至図２３のH-Fieldで磁場は明度の低い色、即ち暗い色に行くほど強さが弱いことを意味する。各色に対する磁場の強さは各シミュレーション資料の左側上段に表示されている。
また、図５乃至図２３の各々の図面で、（ａ）図面は無線電力受信装置の斜視図に基づいて磁場の放射パターンを示しており、（ｂ）図面は無線電力受信装置の平面図に基づいて磁場の放射パターンを示している。
図５乃至図２３で、受信コイル２００のスペックは図３で説明したものと同一であり、特にシミュレーション結果で使用した周波数は１５０ＫＨｚであり、受信コイル２００の線間の間隔は０．１２ｍｍである。
また、図５乃至図２３で、便宜上、磁性体１００の構成は省略した。
まず、図５は磁性体飽和防止部３００を含まない場合の磁場放射パターンを示す。以下、図５と磁性体飽和防止部３００を含んだ場合の磁場放射パターンとを比較して本発明の多様な実施形態を説明する。
図６を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び円パターン３２０を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、円パターン３２０はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、円パターン３２０は受信コイル２００の内側中心から左側下段に配置できる。ここで、円パターン３２０の直径は２ｍｍである。Ｌパターン３１０及び円パターン３２０は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図６の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図６の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図７を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び円パターン３２１を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、円パターン３２１はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、円パターン３２０は受信コイル２００の内側中心から左側下段に配置できる。ここで、円パターン３２１の直径は４ｍｍである。Ｌパターン３１０及び円パターン３２１は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図７の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図７の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図８を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び円パターン３２２を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、円パターン３２２はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、円パターン３２２は受信コイル２００の内側中心の下段に配置できる。ここで、円パターン３２１の直径は４ｍｍである。Ｌパターン３１０及び円パターン３２２は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図８の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図８の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図９を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び円パターン３２３を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、円パターン３２３はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、円パターン３２２は受信コイル２００の内側中心の上段に配置できる。ここで、円パターン３２１の直径は４ｍｍである。Ｌパターン３１０及び円パターン３２３は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図９の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図９の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１０を参考すると、磁性体飽和防止部３００は円パターン３２４を含むことができる。円パターン３２４は受信コイル２００の内側にある中心点から左側下段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、円パターン３２４の直径は２ｍｍである。円パターン３２４は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１０の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１０の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１１を参考すると、磁性体飽和防止部３００は円パターン３２５を含むことができる。円パターン３２５は受信コイル２００の内側にある中心から左側下段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、円パターン３２５の直径は４ｍｍである。円パターン３２５は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１１の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１１の場合がより大きいことを確認することができる。また、図１０と図１１を比較して見ると、円パターンの面積の大きい図１１の実施形態が図１０の実施形態に比べて受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さがより大きいことを確認することができる。
次に、図１２を参考すると、磁性体飽和防止部３００は円パターン３２６を含むことができる。円パターン３２６は受信コイル２００の内側中心から下段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、円パターン３２６の直径は４ｍｍである。円パターン３２６は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１２の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１２の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１３を参考すると、磁性体飽和防止部３００は円パターン３２７を含むことができる。円パターン３２７は円パターン３２７の中心と受信コイル２００の内側にある中心とが一致するように配置できる。ここで、円パターン３２５の直径は８ｍｍである。円パターン３２７は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１３の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１２の場合がより大きいことを確認することができる。また、図１２と図１３を比較して見ると、円パターンの面積がより大きく、円パターンの中心点が受信コイル２００の内側中心点と一致する図１３の実施形態が図１２の実施形態に比べて受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さがより大きいことを確認することができる。
次に、図１４を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び四角パターン３３１を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、四角パターン３３１はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、四角パターン３３１は受信コイル２００の内側中心から左側下段に配置できる。ここで、四角パターン３３１は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは３ｍｍである。Ｌパターン３１０及び四角パターン３３１は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１４の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１４の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１５を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び四角パターン３３３を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、四角パターン３３３はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、四角パターン３３３は受信コイル２００の内側中心から左側下段に配置できる。ここで、四角パターン３３３は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは４ｍｍである。Ｌパターン３１０及び四角パターン３３３は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１５の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１５の場合がより大きいことを確認することができる。また、図１４と図１５を比較して見ると、四角パターンの面積が大きい図１５の実施形態が図１４の実施形態に比べて受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さがより大きいことを確認することができる。
次に、図１６を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び四角パターン３３５を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、四角パターン３３５はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、四角パターン３３５は受信コイル２００の内側中心から下段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、四角パターン３３５は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは４ｍｍである。Ｌパターン３１０及び四角パターン３３５は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１６の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１６の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１７を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び四角パターン３３７を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、四角パターン３３７はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、四角パターン３３７は受信コイル２００の内側中心から上段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、四角パターン３３７は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは４ｍｍである。Ｌパターン３１０及び四角パターン３３７は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１７の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１７の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１８を参考すると、磁性体飽和防止部３００は四角パターン３３９を含むことができる。四角パターン３３９は受信コイル２００の内側中心から左側下段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、四角パターン３３９は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは４ｍｍである。四角パターン３３９は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１８の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１８の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図１９を参考すると、磁性体飽和防止部３００は四角パターン３４１を含むことができる。四角パターン３４１は受信コイル２００の内側中心から下段に一定距離だけ離隔して配置できる。ここで、四角パターン３４１は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは４ｍｍである。四角パターン３４１は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図１９の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図１９の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図２０を参考すると、磁性体飽和防止部３００は四角パターン３４３を含むことができる。四角パターン３４３は四角パターン３４３の中心と受信コイル２００の内側中心とが一致するように配置できる。ここで、四角パターン３４３は正四角形の形態であって、正四角形の一辺の長さは８ｍｍである。四角パターン３４３は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図２０の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図２０の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図２１を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置できる。ここで、Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図２１の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図２１の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図２２を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び三角パターン３５１を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、三角パターン３５１はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、三角パターン３５１は受信コイル２００の内側中心から左側下段に配置できる。ここで、三角パターン３５１は正三角形の形態でありうる。Ｌパターン３１０及び三角パターン３５１は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図２２の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図２２の場合がより大きいことを確認することができる。
次に、図２３を参考すると、磁性体飽和防止部３００はＬパターン３１０及び六角パターン３６１を含むことができる。Ｌパターン３１０は受信コイル２００の内側中心に配置されることができ、六角パターン３６１はＬパターン３１０の一側に配置できる。特に、六角パターン３６１は受信コイル２００の内側中心から左側下段に配置できる。ここで、六角パターン３６１は正三角形の形態でありうる。Ｌパターン３１０及び六角パターン３６１は受信コイル２００の内側に配置されて受信コイル２００で形成される磁場の方向を受信コイル２００の内側に集中させることができる。即ち、図５と図２３の磁場の放射パターンとを比較して見ると、受信コイル２００の内側に形成される磁場の強さは磁性体飽和防止部３００が含まれた図２３の場合がより大きいことを確認することができる。
このように、本発明の多様な実施形態によれば、多様なパターンを含む磁性体飽和防止部３００の構成によって無線電力送信装置に備えられた磁石により無線電力受信装置１０の磁性体１００が飽和されることを防止することができる。
また、本発明の多様な実施形態に係る無線電力受信装置１０は受信コイル２００で形成される磁場の方向を内側に変更させて受信コイル２００の内側に磁場を集中させることができる。これによって、無線電力送信装置と無線電力受信装置１０との間の電力転送効率が向上できる。
次に、図２４乃至図２５を参照して本発明の実施形態に係る受信コイルの内側面積と四角パターンの面積対比電力転送効率の変化を説明する。
図２４は本発明の実施形態に従って受信コイル２００の内側面積と四角パターンの面積割合に従う電力転送効率を説明するための実験データ表であり、図２５は本発明の実施形態に従って受信コイル２００の内側面積と四角パターンの面積割合に従う電力転送効率を説明するためのグラフである。
図２４乃至図２５の実験資料で使われた受信コイル２００のスペックは、次の通りである。受信コイル２００の厚さ（Ｔ）は０．１ｍｍであり、受信コイル２００を構成する１つの導線の幅は０．６ｍｍであり、受信コイル２００の巻線数は１５ターンであり、受信コイル２００を構成する導線間の間隔は０．１２ｍｍ以上、０．１４ｍｍ以下の範囲を有する。
図２４を参照すると、受信コイル２００の内径、受信コイル２００の内側面積、受信コイル２００の内側中心に配置された四角パターンの面積、受信コイル２００の内側面積と四角パターンの面積割合、受信コイル２００の内側面積と四角パターンの面積割合に従う電力転送効率、及び受信コイル２００の内側に四角パターンのない場合の電力転送効率の実験データが図示されている。
受信コイル２００の内径は受信コイル２００の内側が形成する円の直径であり、受信コイルの内側面積は円の面積になることができる。受信コイル２００の内側中心に配置された四角パターンは正四角パターンであって、その面積は正四角形の面積でありうる。
受信コイル２００の内側面積と四角パターンの面積割合に従う電力転送効率を図２４及び図２５を参照して説明すると、受信コイル２００の内側中心にパターンが配置された場合の電力転送効率が受信コイル２００の内側中心にパターンのない場合に比べてより大きいことを確認することができる。
現在、無線電力転送において電力転送効率は一般的に６０乃至６４％の範囲を有することができる。しかしながら、本発明の実施形態に従って受信コイル２００の内側中心に磁性体の飽和を防止するためのパターンを配置すれば、図２５に示すように、受信コイル２００の内側中心に磁性体飽和防止のためのパターンの配置によって既存に比べて電力転送効率が向上することを確認することができる。特に、本発明の実施形態に従って受信コイル２００の内側面積と受信コイル２００の内側中心に位置した四角パターンが形成する面積の割合が０．２０４以上、０．７１６以下の範囲を有する場合、６４％を超過する電力転送効率が得られるので、既存の無線電力転送技術で得ることができる電力転送効率より向上した効果を期待することができる。例えば、受信コイル２００の内径は２５ｍｍ以上、６０ｍｍ以下であり、四角パターンの面積は１００ｍｍ ２ 以上、２０２５ｍｍ ２ 以下でありうる。
以上、本発明の好ましい実施形態に対して図示及び説明したが、本発明は前述した特定の実施形態に限定されるものではなく、請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者により多様な変形実施が可能であることは勿論であり、このような変形実施は本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならない。
本発明の実施形態に係る無線電力受信装置１０は、携帯電話、スマートフォン（smart phone）、ノートブックコンピュータ（laptop computer）、ディジタル放送用端末機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、ＰＭＰ（Portable Multimedia Player）、ナビゲーションなどの移動端末機に装着できる。
しかしながら、本明細書に記載された実施形態に係る構成は移動端末機のみに適用可能な場合を除外すれば、ディジタルＴＶ、デスクトップコンピュータなどの固定端末機にも適用できることを本技術分野の当業者であれば容易に分かる。

Claims (14)

  1. 磁性体と、
    前記磁性体に配置され、電力を受信する受信コイルと、
    前記受信コイルの内側に配置され、少なくとも１つの金属パターンを含み、前記磁性体の飽和を防止する磁性体飽和防止部とを含むことを
    特徴とする、無線電力受信装置。
  2. 前記磁性体飽和防止部は、
    前記磁性体が前記電力を送信する無線電力送信装置に備えられた磁石により飽和することを防止することを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。
  3. 前記磁性体飽和防止部は、
    前記受信コイルで形成される磁場の方向を前記受信コイルの内側に変更させて前記磁性体の飽和を防止することを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。
  4. 前記磁性体飽和防止部は、
    １つの金属パターンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。
  5. 前記金属パターンは、
    前記受信コイルの内側中心に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の無線電力受信装置。
  6. 前記金属パターンは
    前記受信コイルの内側中心から離隔して配置されたことを特徴とする、請求項４に記載の無線電力受信装置。
  7. 前記磁性体飽和防止部は、
    ２つの金属パターンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。
  8. 前記金属パターンのうちのいずれか１つは前記受信コイルの内側中心に配置され、前記金属パターンのうちの他の１つは前記受信コイルの内側中心から離隔して配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の無線電力受信装置。
  9. 前記金属パターンは
    Ｌパターン、円パターン、四角パターン、三角パターン、及び六角パターンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。
  10. 前記金属パターンは
    銅、金、及び銀のうちの少なくともいずれか１つで形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。
  11. 前記磁性体飽和防止部の面積が大きいほど、前記受信コイルの内側に形成される磁場の強さがより大きいことを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。
  12. 前記金属パターンの中心が前記受信コイルの内側中心に近いほど、前記受信コイルの内側に形成される磁場の強かがより大きいことを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。
  13. 前記受信コイルの内側面積と前記磁性体飽和防止部との面積の割合は０．２０４以上、０．７１６以下であることを特徴とする、請求項１に記載の無線電力受信装置。
  14. 前記受信コイルの内径は２５ｍｍ以上、６０ｍｍ以下であり、
    前記磁性体飽和防止部の面積は１００ｍｍ２以上、２０２５ｍｍ２以下であることを特徴とする、請求項１３に記載の無線電力受信装置。
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