JP6387460B2 - 無線電力送信装置{wireless power transmission apparatus} - Google Patents

無線電力送信装置{wireless power transmission apparatus} Download PDF

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Description

本発明は、無線電力充電システムに関し、特に無線電力充電システムの無線電力送信装置に関する。
一般に、各種の電子機器がバッテリを備えており、バッテリに充電された電力を利用して駆動する。この際、電子機器においてバッテリは交換可能であり、再充電されることも可能である。このために、電子機器は、外部の充電装置と接触するための接触端子を備える。即ち、電子機器は、接触端子を通じて、充電装置と電気的に連結される。ところが、電子機器で接触端子が外部に露出することにより、異物によって汚染されるか、又は湿気によって短絡(short)されることがある。このような場合、接触端子と充電装置との間に接触不良が発生して、電子機器でバッテリが充電されない問題点がある。
上記した問題点を解決するために、無線で電子機器を充電するための無線電力充電システムが提案されている。無線電力充電システムは、無線電力送信装置と無線電力受信装置を含む。無線電力送信装置は無線で電力を送信し、無線電力受信装置は無線で電力を受信する。ここで、電子機器は無線電力受信装置を含むこと、又は無線電力受信装置と電気的に連結することができる。この際、無線電力送信装置の予め定められた充電領域に、無線電力受信装置が配置されなければならない。特に、無線電力充電システムが共振方式で具現される場合、無線電力送信装置が無線電力受信装置の位置に関係なく均一な結合係数を有するように設計されることが重要である。そうでなければ、無線電力受信装置の位置に応じて無線電力送信装置で調整すべき送信電力量の可変範囲が増加するため、無線電力充電システムの具現費用が増加し、無線電力充電システムの効率が低下し得る。
したがって、本発明は、より向上した電力送信効率を持つ無線電力送信装置を提供する。特に、本発明は、位置に応じて均一な結合係数を有することで、より拡張された充電可能領域を有する無線電力送信装置を提供する。
上記した課題を解決するための本発明に係る無線電力送信装置は、実装部材と、前記実装部材の上部に配置される上部送信コイルと、前記実装部材の下部に配置される下部送信コイルと、前記上部送信コイルの外側連結部及び前記下部送信コイルの内側連結部と連結される第1端子と、前記上部送信コイルの内側連結部及び前記下部送信コイルの外側連結部と連結される第2端子と、を含み、前記上部送信コイルと下部送信コイルが前記第1端子と第2端子との間を通過する中心軸を基準に左右対称である。
本発明に係る無線電力送信装置は、多数個の送信コイルが相互対称な形状に形成されることにより、送信コイルで形成される磁場の形態が上下左右に対称的であり得る。これによって、無線電力送信装置と無線電力受信装置の結合係数が無線電力送信装置の位置に応じて均一である。これにより、無線電力送信装置で調整すべき送信電力量の可変範囲を減らすことが可能になることで、無線電力充電システムの具現費用を減らすことができ、無線電力充電システムの効率が向上できる。
一般的な無線電力充電システムを示すブロック図である。 図1において無線送信部と無線受信部の等価回路を示す回路図である。 図1において無線送信部と無線受信部の等価回路を示す回路図である。 図1において無線送信部と無線受信部の等価回路を示す回路図である。 図1において無線送信部と無線受信部の等価回路を示す回路図である。 図1において無線送信部と無線受信部の等価回路を示す回路図である。 一般的な無線電力送信装置を示すブロック図である。 一般的な無線送信部を分解して示す斜視図である。 一般的な無線送信部の等価回路を示す回路図である。 一般的な無線送信部において結合係数を説明するためのグラフである。 本発明の第1実施例に係る無線送信部を分解して示す斜視図である。 図7において上部送信コイルを示す平面図である。 図7において上部送信コイルを示す平面図である。 図7において下部送信コイルを示す平面図である。 図7において下部送信コイルを示す平面図である。 本発明の第1実施例に係る無線送信部の等価回路を示す回路図である。 本発明の第1実施例に係る無線送信部において結合係数を説明するためのグラフである。 本発明の第2実施例に係る無線送信部を分解して示す斜視図である。 図12において上部送信コイルを示す平面図である。 図12において上部送信コイルを示す平面図である。 図12において下部送信コイルを示す平面図である。 図12において下部送信コイルを示す平面図である。 本発明の第2実施例に係る無線送信部において結合係数を説明するためのグラフである。 本発明の第3実施例に係る無線送信部を分解して示す斜視図である。 図16において上部送信コイルを示す平面図である。 図16において上部送信コイルを示す平面図である。 図16において下部送信コイルを示す平面図である。 図16において下部送信コイルを示す平面図である。 本発明の第3実施例に係る無線送信部において結合係数を説明するためのグラフである。 本発明の第3実施例に係る無線送信部の具現例を説明するための例示図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の実施例をより詳しく説明しようとする。この際、添付された図面において同一な構成要素はできる限り同一符号で示していることに留意しなければならない。そして、本発明の要旨をぼかす恐れがある公知機能及び構成に対する説明は省略する。
図1は、一般的な無線電力充電システムを示すブロック図である。そして、図2a、図2b、図2c、図2d及び図2eは、図1において無線送信部と無線受信部の等価回路を示す回路図である。
図1を参照すると、一般的な無線電力充電システム10は、無線電力送信装置20及び無線電力受信装置30を含む。
無線電力送信装置20は電源11に連結されて、電源11から電力を受信する。そして、無線電力送信装置20は無線で電力を送信する。ここで、無線電力送信装置20は交流電力を送信することができる。この際、無線電力送信装置20は多様な充電方式により、電力を送信する。ここで、充電方式は、電磁誘導(electromagnetic induction)方式、共振(resonance)方式及び電波放射(RF/Micro Wave Radiation)方式を含む。即ち、無線電力送信装置20に、充電方式の少なくともいずれかが予め設定されている。また、無線電力送信装置20は、予め設定された充電方式で電力を送信することができる。このような無線電力送信装置20は、無線送信部21を含む。
無線電力受信装置30は無線で電力を受信する。ここで、無線電力受信装置30は交流電力を受信することができる。そして、無線電力受信装置30は、交流電力を直流電力に変換することができる。この際、無線電力受信装置30は多様な充電方式により、電力を受信する。ここで、充電方式は、電磁誘導方式、共振方式及び電波放射方式を含む。即ち、無線電力受信装置30に、充電方式の少なくともいずれかが予め設定されている。また、無線電力受信装置30は、予め設定された充電方式で電力を受信することができる。さらに、無線電力受信装置30は、電力を利用して駆動することができる。このような無線電力受信装置30は、無線受信部31を含む。
この際、無線電力送信装置20が無線電力受信装置30に電力を送信するために、無線電力送信装置20の充電方式と無線電力受信装置30の充電方式が一致しなければならない。
例えば、無線電力送信装置20の充電方式と無線電力受信装置30の充電方式が電磁誘導方式である場合、無線送信部21と無線受信部31は、図2aのように示すことができる。無線送信部21は送信誘導コイル23を含むことができる。この際、送信誘導コイル23は送信インダクタL1で表すことができる。無線受信部31は受信誘導コイル33を含むことができる。この際、受信誘導コイル33は受信インダクタL2で表すことができる。これにより、受信誘導コイル33が送信誘導コイル23に対向して配置されれば、送信誘導コイル23が受信誘導コイル33に電磁誘導方式で電力を送信することができる。
一方、無線電力送信装置20の充電方式と無線電力受信装置30の充電方式が共振方式である場合、無線送信部21と無線受信部31は、図2b、図2c、図2d及び図2eのように示すことができる。
無線送信部21は、図2bと図2dに示されたように、送信誘導コイル25と送信共振コイル26を含むことができる。この際、送信誘導コイル25と送信共振コイル26は相互対向して配置される。そして、送信誘導コイル25は第1送信インダクタL11で表すことができる。また、送信共振コイル26は第2送信インダクタL12と送信キャパシタC1で表すことができる。ここで、第2送信インダクタL12と送信キャパシタC1は相互並列に連結されて、閉ループを形成することができる。又は、無線送信部21は図2cと図2eに示されたように、送信共振コイル27を含むことができる。この際、送信共振コイル27は送信インダクタL1と送信キャパシタC1で表すことができる。ここで、送信インダクタL1と送信キャパシタC1は直列に連結される。
そして、無線受信部31は、図2bと図2eに示されたように、受信共振コイル35と受信誘導コイル36を含むことができる。この際、受信共振コイル35と受信誘導コイル36は相互対向して配置される。また、受信共振コイル35は受信キャパシタC2と第1受信インダクタL21で表すことができる。ここで、受信キャパシタC2と第1受信インダクタL21は相互並列に連結されて、閉ループを形成することができる。受信誘導コイル36は第2受信インダクタL22で表すことができる。又は、無線受信部31は図2cと図2dに示されたように、受信共振コイル37を含むことができる。この際、受信共振コイル37は受信インダクタL2と受信キャパシタC2で表すことができる。ここで、受信インダクタL2と受信キャパシタC2は直列に連結される。
これにより、受信共振コイル35が送信共振コイル26に対向して配置されれば、送信共振コイル26が受信共振コイル35に共振方式で電力を送信することができる。この際、送信誘導コイル25が送信共振コイル26に電磁誘導方式で電力を伝達し、送信共振コイル26が受信共振コイル35に共振方式で電力を送信することができる。又は、送信共振コイル26が直接受信共振コイル35に共振方式で電力を送信することができる。そして、受信共振コイル35が送信共振コイル26から共振方式で電力を受信し、受信誘導コイル36が受信共振コイル35から電磁誘導方式で電力を受信することができる。又は、受信共振コイル35が送信共振コイル26から共振方式で電力を受信することができる。
このような無線電力充電システム10において、品質係数(Quality Factor)と結合係数(Coupling Coefficient)が重要である。この際、品質係数と結合係数が大きい値を有するほど、無線電力充電システム10の効率が向上する。
品質係数は、無線電力送信装置20又は無線電力受信装置30の周辺領域に蓄積できるエネルギーの指標を表す。この際、品質係数は、無線送信部21の送信コイル23、25、26、27又は無線受信部31の受信コイル33、35、36、37の動作周波数(w)、形状、サイズ、素材などによって決定される。そして、品質係数はQ=w*L/Rのような数式で算出することができる。ここで、Lは送信コイル23、25、26、27又は受信コイル33、35、36、37のインダクタンスを表し、Rは送信コイル23、25、26、27又は受信コイル33、35、36、37から発生する電力損失量に当たる抵抗を表す。また、品質係数は0から無限大の値を有する。
結合係数は、無線電力送信装置20と無線電力受信装置30の磁気的結合程度を表す。この際、結合係数は、無線送信部21の送信コイル23、25、26、27と無線受信部31の受信コイル33、35、36、37との間の相対的な位置や距離などによって決定される。そして、結合係数は0から1の値を有する。
図3は、一般的な無線電力送信装置を示すブロック図である。
図3を参照すると、一般的な無線電力送信装置40は、無線送信部41、インタフェース部43、発振器45、電力変換部47、検出部49及び制御部51を含む。
無線送信部41は、無線電力送信装置40から無線で電力を送信する。この際、無線送信部41は多数個の充電方式により、電力を送信する。ここで、充電方式は電磁誘導方式、共振方式及び電波放射方式を含む。この際、無線送信部41は、少なくとも一つの送信コイルを含むことができる。ここで、送信コイルは充電方式に応じて、送信誘導コイル又は送信共振コイルの少なくともいずれかを含むことができる。
インタフェース部43は、無線電力送信装置40で電源11とインタフェースを提供する。即ち、インタフェース部43が電源11と接続する。ここで、インタフェース部43は、電源11と有線で連結される。そして、インタフェース部43が電源11から電力を受信する。ここで、インタフェース部43は電源11から直流電力を受信する。
発振器45は、交流信号を生成する。この際、発振器45は無線送信部41の充電方式に対応して、交流信号を生成する。ここで、発振器45は予め定められた周波数を有するように、交流信号を生成する。
電力変換部47は、電力を変換して無線送信部41に提供する。この際、電力変換部47はインタフェース部43から直流電力を受信し、発振器45から交流信号を受信する。そして、電力変換部47は、直流電力と交流信号を利用して交流電力を生成する。ここで、電力変換部47は交流信号を増幅して利用することができる。また、電力変換部47は交流電力を無線送信部41に出力する。このような電力変換部47はプッシュプルタイプ(push-pull type)の構造を有することができる。プッシュプルタイプの構造は、対で存在するスイッチ、トランジスタ又は任意の回路ブロックが交互に動作して、交互に応答を出力する構造を示す。
検出部49は、無線電力送信装置40の電力伝送状態を検出する。この際、検出部49は、電力変換部47と無線送信部41との間で電流の強さを検出することができる。ここで、検出部49は、電力変換部47の出力端又は無線送信部41の入力端で電流の強さを検出することができる。このような検出部49は、電流センサ(current sensor)を含むことができる。ここで電流センサとして、変流器(CT; Current Transformer)を使用することができる。
制御部51は、無線電力送信装置40の全般的な動作を制御する。この際、制御部51は無線送信部41を動作させて、無線で電力を送信する。ここで、制御部51は電力変換部47を制御して、無線送信部41に電力を提供する。このために、制御部51は無線送信部41を動作させて、無線電力受信装置(図1の30)の存在有無を判断する。ここで、制御部51は検出部49を制御して、無線電力受信装置30の存在有無を判断する。即ち、制御部51は、無線電力送信装置40の電力伝送状態に応じて、無線電力受信装置30の存在有無を判断する。そして、無線電力受信装置30が存在すれば、制御部51が無線送信部41を動作させて、無線で電力を送信する。
この際、無線電力送信装置40と無線電力受信装置30が近接するほど、検出部49で検出される電流の強さが高い。これは、無線電力送信装置40と無線電力受信装置30の結合係数が高いことを示す。一方、無線電力送信装置40と無線電力受信装置30が離隔するほど、検出部49で検出される電流の強さが低い。これは、無線電力送信装置40と無線電力受信装置30の結合係数が低いことを示す。
図4は一般的な無線送信部を分解して示す斜視図である。そして、図5は一般的な無線送信部の等価回路を示す回路図である。また、図6は一般的な無線送信部において結合係数を説明するためのグラフである。
図4を参照すると、一般的な無線送信部60は、実装部材61、第1端子63、第2端子65、送信コイル67及び遮蔽部材69を含む。この際、無線送信部60は共振方式で電力を送信する。
実装部材61は、第1端子63、第2端子65及び送信コイル67を支持する。この際、実装部材61は単層構造からなってもよく、多層構造からなってもよい。そして、実装部材61はPCB(Printed Circuit Board)、FPCB(Flexible PCB)及びフィルム(film)を含む。
第1端子63と第2端子65は、交互に送信コイル67に電流を入力する。そして、第1端子63と第2端子65は、交互に送信コイル67から電流を出力する。例えば、第1端子63が送信コイル67に電流を入力する場合、第2端子65が送信コイル67から電流を出力する。一方、第2端子65が送信コイル67に電流を入力する場合、第1端子63が送信コイル67から電流を出力する。ここで、第1端子63と第2端子65は電力変換部(図3の47)に接続される。
このような第1端子63と第2端子65は、実装部材61に装着される。この際、第1端子63と第2端子65は実装部材61の一面に配置される。即ち、第1端子63と第2端子65は実装部材61の上部面又は下部面に配置される。そして、第1端子63と第2端子65は導電性物質からなることができる。
送信コイル67は、予め設定された充電方式により電力を送信する。ここで、充電方式は電磁誘導方式、共振方式及び電波放射方式を含む。この際、送信コイル67は、予め定められた共振周波数帯域で動作して、電力を送信する。ここで、送信コイル67に沿って電流が伝達されれば、送信コイル67の周辺領域に電磁場が形成される。
このような送信コイル67は、実装部材61に実装される。この際、送信コイル67は実装部材61の一面に配置される。即ち、送信コイル67は実装部材61の上部面又は下部面に配置される。ここで、送信コイル67はワンターン(one-turn)で形成される。例えば、送信コイル67は円形又は四角形の形態で形成される。そして、送信コイル67は両端部で第1端子63と第2端子65に連結される。ここで、送信コイル67は図5に示されたように、一つのインダクタで表すことができる。また、送信コイル67は導電性物質からなることができる。又は、送信コイル67は導電性物質と絶縁性物質を含み、導電性物質が絶縁性物質によってコーティングされる。
遮蔽部材69は、送信コイル67を隔離させる。即ち、遮蔽部材69は送信コイル67を無線電力送信装置(図3の40)の他の構成から隔離させる。この際、遮蔽部材69は予め定められた物質的特性を有する。ここで、物質的特性は透磁率(permeability;μ)を含む。そして、遮蔽部材69の透磁率が送信コイル67の共振周波数帯域で維持される。これにより、送信コイル67の共振周波数帯域で、遮蔽部材69の損失率が抑制される。
一般に、無線送信部60と無線受信部(図1の31)の結合係数は、図6に示されたように位置に応じて均一でない。即ち、送信コイル67の導線(wire)に近接するほど、無線送信部60と無線受信部31の結合係数が高い。これは、送信コイル67の導線(wire)に近接するほど、磁場の強さが高いからである。このため、送信コイル67の中心に対応する位置で、無線送信部60と無線受信部31の結合係数が低い。したがって、無線送信部60での充電可能領域が狭い。
<第1実施例>
図7は、本発明の第1実施例に係る無線送信部を分解して示す斜視図である。そして、図8a及び図8bは、図7において上部送信コイルを示す平面図であり、図9a及び図9bは、図7において下部送信コイルを示す平面図である。また、図10は、本発明の第1実施例に係る無線送信部の等価回路を示す回路図である。さらに、図11は、本発明の第1実施例に係る無線送信部において結合係数を説明するためのグラフである。
図7、図8a及び図8b、及び図9a及び図9bを参照すると、本実施例の無線送信部100は、実装部材110、第1端子120、第2端子130、上部送信コイル140、下部送信コイル160及び遮蔽部材180を含む。この際、無線送信部100は共振方式で電力を送信する。
実装部材110は、第1端子120、第2端子130、上部送信コイル140及び下部送信コイル160を支持する。この際、実装部材110は、単層構造からなってもよく、多層構造からなってもよい。そして、実装部材110はPCB、FPCB及びフィルムを含む。
第1端子120と第2端子130は、交互に上部送信コイル140と下部送信コイル160に電流を入力する。そして、第1端子120と第2端子130は、交互に上部送信コイル140と下部送信コイル160から電流を出力する。例えば、第1端子120が上部送信コイル140と下部送信コイル160に電流を入力する場合、第2端子130が上部送信コイル140と下部送信コイル160から電流を出力する。一方、第2端子130が上部送信コイル140と下部送信コイル160に電流を入力する場合、第1端子120が上部送信コイル140と下部送信コイル160から電流を出力する。ここで、第1端子120と第2端子130は、電力変換部(図3の47)の出力端に接続される。
このような第1端子120と第2端子130は、実装部材110に装着される。この際、第1端子120と第2端子130は実装部材110の一面に配置される。即ち、第1端子120と第2端子130は、実装部材110の上部面又は下部面に配置される。そして、第1端子120と第2端子130は実装部材110の他面に引き出される。即ち、第1端子120と第2端子130は実装部材110の上部面又は下部面に引き出される。ここで、第1端子120は、実装部材110を貫通する第1端子ビア(図示せず)を含み、第1端子ビアを介して引き出される。また、第2端子130は、実装部材110を貫通する第2端子ビア(図示せず)を含み、第2端子ビアを介して引き出される。さらに、第1端子120と第2端子130は導電性物質からなることができる。この際、第1端子120と第2端子130との間を通過する中心軸としてY軸が定義される。ここで、中心軸であるY軸と第1端子120との間隔及び中心軸と第2端子130との間隔は等しい。即ち、前記第1端子120から前記Y軸に仮想の垂線を引いたとき前記第1端子120と垂線の足との間の距離は、前記第2端子130から前記Y軸に仮想の垂線を引いたとき前記第2端子130と垂線の足との間の距離と等しい。そして、中心軸であるY軸を基準に、第1端子120と第2端子130が左右に配置される。例えば、第1端子120が中心軸の右側に配置され、第2端子130が中心軸の左側に配置される。
また、前記Y軸と垂直なX軸を定義することができ、この際、前記Y軸とX軸の交差地点を0点とする場合、前記0点を基準にY軸は正のY軸(Y)と負のY軸(−Y)に区分し、前記X軸は正のX軸(X)と負のX軸(−X)に区分することができる。また、交差地点である0点は、実装部材110の中心点として定義することができ、言い換えれば、上部送信コイル140と下部送信コイル160が実装部材110に配置された場合、位置的にこれらの中心点となり得る。そして、(Y)_(X)軸による第1象限と、(X)_(−Y)軸による第2象限、(−X)_(−Y)軸による第3象限、そして(−X)_(Y)軸による第4象限を定義することができる。この際、前記第1端子120は前記第1象限に配置され、前記第2端子130は前記第4象限に配置される。
上部送信コイル140と下部送信コイル160は、予め設定された充電方式により電力を送信する。この際、上部送信コイル140と下部送信コイル160は相互結合して、電力を送信する。即ち、上部送信コイル140と下部送信コイル160は相互協力下で、電力を送信する。ここで、充電方式は電磁誘導方式、共振方式及び電波放射方式を含む。そして、上部送信コイル140と下部送信コイル160は電磁誘導方式で結合できる。また、上部送信コイル140と下部送信コイル160は、予め定められた共振周波数帯域で動作して、電力を送信する。ここで、上部送信コイル140と下部送信コイル160の動作時、上部送信コイル140と下部送信コイル160の周辺領域に電磁場が形成される。
このような上部送信コイル140と下部送信コイル160は、実装部材110に実装される。この際、上部送信コイル140は実装部材110の一面に配置され、下部送信コイル160は実装部材110の他面に配置される。つまり、上部送信コイル140は実装部材110の上部面に配置され、下部送信コイル160は実装部材110の下部面に配置される。
そして、上部送信コイル140と下部送信コイル160は、第1端子120と第2端子130に連結される。つまり、上部送信コイル140が両端部で第1端子120と第2端子130に連結され、下部送信コイル160が両端部で第1端子120と第2端子130に連結される。この際、上部送信コイル140と下部送信コイル160は中心軸であるY軸を基準に左右対称な形状を有する。ここで、上部送信コイル140と下部送信コイル160は、図10のように示すことができる。即ち、上部送信コイル140と下部送信コイル160は、並列に連結されるインダクタで表すことができる。
また、上部送信コイル140と下部送信コイル160は導電性物質からなることができる。又は、上部送信コイル140と下部送信コイル160は、導電性物質と絶縁性物質を含み、導電性物質が絶縁性物質によってコーティングされる。
<上部送信コイル>
上部送信コイル140は、外側連結部141、外側コイル部143、延長部145、内側コイル部147及び内側連結部149を含む。
外側連結部141は、第1端子120に連結される。この際、外側連結部141は第1端子120から延長される。例えば、第1端子120が中心軸であるY軸の右側に配置される場合、外側連結部141は中心軸であるY軸の右側から延長される。言い換えれば、前記外側連結部141は第1端子120を開始点としてY軸と平行に−Y軸方向に所定の長さで延長される。この際、所定の長さは、前記外側連結部141が第2象限まで延長されず、第1象限内のみに配置できる程度の長さとなり得る。
外側コイル部143は、上部送信コイル140の最外郭に配置される。そして、外側コイル部143は外側連結部141に連結される。この際、外側コイル部143は外側連結部141から延長される。ここで、外側コイル部143はワンターンで形成される。ちなみに、ワンターンは、円形又は四角形の形態で延長されることを示す。例えば、第1端子120が中心軸であるY軸の右側に配置される場合、外側コイル部143は、外側連結部141から時計方向に沿って延長される。また、外側コイル部143は、中心軸であるY軸の右側から中心軸であるY軸の左側に延長される。これを具体的に説明すると、前記外側コイル部143は、互いに一体に形成された第1象限に配置された第1外側コイル部143a、第2象限に配置された第2外側コイル部143b、第3象限に配置された第3外側コイル部143c、そして第4象限に配置された第4外側コイル部143dを含むことができる。前記第1外側コイル部143aは、外側連結部141の終点から前記第1外側コイル部143aとX軸相互間の交点まで延長されて形成される。即ち、前記第1外側コイル部143aは、外側連結部141の終点からX軸と平行に正のX軸(X)方向に延長され、続いてY軸と平行に負のY軸(−Y)方向に延長され、前記第1外側コイル部143aが正のX軸(X)方向から負のY軸(−Y)方向に延長されるとき、所定の曲率を持ちながら方向を転換することができる。そして、前記第2外側コイル部143bは、第1外側コイル部143aの終点から前記第2外側コイル部143bとY軸相互間の交点まで延長されて形成される。即ち、前記第2外側コイル部143bは、第1外側コイル部143aの終点からY軸と平行に負のY軸(−Y)方向に延長され、続いてX軸と平行に負のX軸(−X)方向に延長され、前記第2外側コイル部143bが負のY軸(−Y)方向から負のX軸(−X)方向に延長されるとき、所定の曲率を持ちながら方向を転換することができる。そして、前記第3外側コイル部143cは、第2外側コイル部143bの終点から前記第3外側コイル部143cとX軸相互間の交点まで延長されて形成される。即ち、前記第3外側コイル部143cは、第2外側コイル部143bの終点からX軸と平行に負のX軸(−X)方向に延長され、続いてY軸と平行に正のY軸(Y)方向に延長され、前記第3外側コイル部143cが負のX軸(−X)方向から正のY軸(Y)方向に延長されるとき、所定の曲率を持ちながら方向を転換することができる。そして、前記第4外側コイル部143dは、第3外側コイル部143cの終点から前記第4外側コイル部143dとY軸相互間の交点まで延長されて形成される。即ち、前記第4外側コイル部143dは、第3外側コイル部143cの終点からY軸と平行に正のY軸(Y)方向に延長され、続いてX軸と平行に正のX軸(X)方向に延長され、前記第4外側コイル部143dが正のY軸(Y)方向から正のX軸(X)方向に延長されるとき、所定の曲率を持ちながら方向を転換することができる。
また、前記第1外側コイル部143aと第2外側コイル部143bはX軸対称、前記第1外側コイル部143aと第4外側コイル部143dはY軸対称、前記第1外側コイル部143aと第3外側コイル部143cは相互原点(0)対称であり得る。
一方、前記第1ないし第4外側コイル部143a、143b、143c、143dそれぞれは、一部領域が直線状であり、一部領域が曲率を持った形状であることを前提として説明したが、これに限定されるものではなく、前記第1ないし第4外側コイル部143a、143b、143c、143dが全体として楕円又は円形となってもよい。したがって、前記第1外側コイル部143aが正のX軸(X)方向に延長されるとき、X軸との距離が徐々に減少し、負のY軸(−Y)方向に延長されるとき、Y軸との距離が徐々に増加する。そして、前記第2外側コイル部143bが負のY軸(−Y)方向に延長されるとき、Y軸との距離が徐々に減少し、負のX軸(−X)方向に延長されるとき、X軸との距離が徐々に増加する。そして、前記第3外側コイル部143cが負のX軸(−X)方向に延長されるとき、X軸との距離が徐々に減少し、正のY軸(Y)方向に延長されるとき、Y軸との距離が徐々に増加する。そして、前記第4外側コイル部143dが正のY軸(Y)方向に延長されるとき、Y軸との距離が徐々に減少し、正のX軸(X)方向に延長されるとき、X軸との距離が徐々に増加する。したがって、外側コイル部143は全体として円形又は楕円形となり得る。
延長部145は、外側コイル部143に連結される。この際、延長部145は第4外側コイル部143dの終点から延長される。ここで、延長部145は外側コイル部143の内側に延長される。例えば、第1端子120が中心軸であるY軸の右側に配置される場合、延長部145は、中心軸であるY軸の左側から負のY軸(−Y)方向にY軸と平行に所定の長さで延長される。この際、所定の長さは、前記延長部145が第3象限まで延長されず、第4象限内のみに配置できる程度の長さとなり得る。
内側コイル部147は、延長部145の終点から延長される。そして、内側コイル部147は延長部145に連結される。この際、内側コイル部147は外側コイル部143の内側に配置される。即ち、内側コイル部147の半径が外側コイル部143の半径より小さい。ここで、内側コイル部147はハーフターンで形成される。ちなみに、ハーフターンは、円形又は四角形の形態で中心軸を基準に左側又は右側のいずれかに延長されることを示す。例えば、第1端子120が中心軸の右側に配置される場合、内側コイル部147は、延長部145から反時計方向に沿って延長される。また、内側コイル部147は、中心軸であるY軸の左側から延長される。これを具体的に説明すると、前記内側コイル部147は、互いに一体に形成された第4象限に配置された第1内側コイル部147a及び第3象限に配置された第2内側コイル部147bを含むことができる。そして、前記第1内側コイル部147aは、前記延長部145の終点から負のX軸(−X)方向に延長され、続いて負のY軸(−Y)方向にX軸と会うまで延長され、前記第1内側コイル部147aが負のX軸(−X)方向から負のY軸(−Y)方向に方向転換の際、所定の曲率を持ちながら方向を転換して延長される。そして、前記第2内側コイル部147bは、前記第1内側コイル部147aの終点から負のY軸(−Y)方向に延長され、続いて正のX軸(X)方向に第3象限内で延長され、前記第2内側コイル部147bが負のY軸(−Y)方向から正のX軸(X)方向に方向転換の際、所定の曲率を持ちながら方向を転換して延長される。一方、前記第1及び第2内側コイル部147a、147bそれぞれは、一部領域が直線状であり、一部領域が曲率を持った形状であることを前提として説明したが、これに限定されるものではなく、前記第1及び第2内側コイル部147a、147bが全体として楕円や円形又は長方形となってもよい。したがって、前記第1内側コイル部147aが負のX軸(−X)方向に延長されるとき、X軸との距離が同一であるか、又は徐々に減少し、負のY軸(−Y)方向に延長されるとき、Y軸との距離が同一であるか、又は徐々に増加する。そして、前記第2内側コイル部147bが負のY軸(−Y)方向に延長されるとき、Y軸との距離が同一であるか、又は徐々に減少し、正のX軸(X)方向に延長されるとき、X軸との距離が同一であるか、又は徐々に増加する。
一方、前記第1内側コイル部147aと前記第2内側コイル部147bは、相互X軸対称であり得る。
内側連結部149は、内側コイル部147に連結される。そして、内側連結部149は第2端子130に連結される。この際、内側連結部149は内側コイル部147から第2端子130に延長される。例えば、第2端子130が中心軸であるY軸の左側に配置される場合、内側連結部149は中心軸の左側から延長される。具体的に、前記内側連結部149は、第2内側コイル部147bの終点からY軸と平行に正のY軸(Y)方向に延長されて前記第2端子130に連結され、前記内側連結部149は第3及び第4象限に配置される。また、内側連結部149は、実装部材110を貫通する少なくとも一つの連結ビア(図示せず)を含むことができる。即ち、内側連結部149は、下部送信コイル160と接触しないように、連結ビアを介して実装部材110の下部面を経由して第2端子130に連結される。
<下部送信コイル>
一方、下部送信コイル160は、外側連結部161、外側コイル部163、延長部165、内側コイル部167及び外側連結部169を含む。
外側連結部161は、第2端子130に連結される。この際、外側連結部161は第2端子130から延長される。例えば、第2端子130が中心軸の左側に配置される場合、外側連結部161は中心軸の左側から延長される。
外側コイル部163は、下部送信コイル160の最外郭に配置される。そして、外側コイル部163は外側連結部161に連結される。この際、外側コイル部163は外側連結部161から延長される。ここで、外側コイル部163はワンターンで形成される。例えば、第2端子130が中心軸の左側に配置される場合、外側コイル部163は外側連結部161から反時計方向に沿って延長される。また、外側コイル部163は、中心軸の左側から中心軸の右側に延長される。
延長部165は、外側コイル部163に連結される。この際、延長部165は外側コイル部163から延長される。ここで、延長部165は外側コイル部163の内側に延長される。例えば、第2端子130が中心軸の左側に配置される場合、延長部165は中心軸の右側から延長される。
内側コイル部167は、延長部165から延長される。そして、内側コイル部167は延長部165に連結される。この際、内側コイル部167は外側コイル部163の内側に配置される。即ち、内側コイル部167の半径が外側コイル部163の半径より小さい。ここで、内側コイル部167はハーフターンで形成される。例えば、第2端子130が中心軸の左側に配置される場合、内側コイル部167は延長部165から時計方向に沿って延長される。また、内側コイル部167は中心軸の右側から延長される。
内側連結部169は、内側コイル部167に連結される。そして、内側連結部169は第1端子120に連結される。この際、内側連結部169は内側コイル部167から第1端子120に延長される。例えば、第1端子120が中心軸の右側に配置される場合、内側連結部169は中心軸の右側から延長される。また、内側連結部169は、実装部材110を貫通する少なくとも一つの連結ビア(図示せず)を含むことができる。即ち、内側連結部169は、上部送信コイル140が接触しないように、連結ビアを介して実装部材110の上部面を経由して第1端子120に連結される。
この際、上部送信コイル140の電流伝達方向と下部送信コイル160の電流伝達方向が同一である。例えば、上部送信コイル140の電流伝達方向が時計方向であれば、下部送信コイル160の電流伝達方向が時計方向である。一方、上部送信コイル140で電流が外側から内側に伝達されれば、下部送信コイル160で電流が内側から外側に伝達される。例えば、第1端子120に電流が入力されれば、上部送信コイル140で電流が外側から内側に伝達され、下部送信コイル160で電流が内側から外側に伝達される。また、上部送信コイル140で電流が内側から外側に伝達されれば、下部送信コイル160で電流が外側から内側に伝達される。例えば、第2端子130に電流が入力されれば、上部送信コイル140で電流が内側から外側に伝達され、下部送信コイル160で電流が外側から内側に伝達される。
即ち、上部送信コイル140の外側コイル部143と下部送信コイル160の外側コイル部163は、上下に相互対向する。そして、上部送信コイル140の外側連結部141、延長部145、内側コイル部147及び内側連結部149と、下部送信コイル160の外側連結部161、延長部165、内側コイル部167及び内側連結部169は、中心軸を基準に互いに反対側に配置される。これにより、上部送信コイル140と下部送信コイル160が中心軸を基準に左右対称な形状を有する。
上部送信コイル140部と下部送信コイル160が中心軸を基準に左右対称な形状について、より具体的に説明すると、下部送信コイル160の延長部165は第1象限に配置されるので、上部送信コイル140の延長部145とY軸対称となり得る。そして、下部送信コイル160の外側コイル部163は、第4象限に配置された第1外側コイル部163aと、第3象限に配置された第2外側コイル部163b、第2象限に配置された第3外側コイル部163c、そして第1象限に配置された第4外側コイル部163dを含むことができ、下部送信コイル160の第1外側コイル部163aは、上部送信コイル140の第1外側コイル部143aとY軸対称、下部送信コイル160の第2外側コイル部163bは、上部送信コイル140の第2外側コイル部143bとY軸対称、下部送信コイル160の第3外側コイル部163cは、上部送信コイル140の第3外側コイル部143cとY軸対称、下部送信コイル160の第4外側コイル部163dは、上部送信コイル140の第4外側コイル部143dとY軸対称であり得る。また、前記下部送信コイル160の内側コイル部167は、第1象限に配置された第1内側コイル部167a及び第2象限に配置された第2内側コイル部167bを含むことができ、下部送信コイル160の第1内側コイル部167aは、上部送信コイル140の第1内側コイル部147aとY軸対称、下部送信コイル160の第2内側コイル部167bは、上部送信コイル140の第2内側コイル部147bとY軸対称であり得る。また、下部送信コイル160の内側連結部169は、上部送信コイル140の内側連結部149とY軸対称であり得るので、第2及び第1象限に配置される。
この際、上部送信コイル140において外側コイル部143と内側コイル部147との間隔及び下部送信コイル160において外側コイル部163と内側コイル部167との間隔が、受信コイルサイズの1/2に当たるように形成できる。又は、上部送信コイル140において外側コイル部143と内側コイル部147との間隔が、上部送信コイル140の外側コイル部143と受信コイルの結合係数が最大である位置と、内側コイル部147と受信コイルの結合係数が0である位置を一致させるように形成できる。同様に、下部送信コイル160において外側コイル部163と内側コイル部167との間隔が、下部送信コイル160の外側コイル部163と受信コイルの結合係数が最大である位置と、内側コイル部167と受信コイルの結合係数が0である位置を一致させるように形成できる。
遮蔽部材180は、上部送信コイル140と下部送信コイル160を隔離させる。即ち、遮蔽部材180は、上部送信コイル140と下部送信コイル160を無線電力送信装置(図3の40)の他の構成から隔離させる。この際、遮蔽部材180は、予め定められた物質的特性を有する。ここで、物質的特性は、透磁率(permeability;μ)を含む。そして、遮蔽部材180の透磁率が上部送信コイル140と下部送信コイル160の共振周波数帯域で維持される。これにより、上部送信コイル140と下部送信コイル160の共振周波数帯域で、遮蔽部材180の損失率が抑制される。
このような遮蔽部材180は、実装部材110、第1端子120、第2端子130、上部送信コイル140及び下部送信コイル160を支持する。そして、遮蔽部材180は、フェライト(ferrite)で形成される。即ち、遮蔽部材180は、金属粉末と樹脂物質を含むことができる。例えば、金属粉末は、軟磁性系金属粉末、アルミニウム(Al)、メタルシリコン(metal silicon)及び酸化鉄(FeO; Fe3O4; Fe2O3)などを含むことができる。また、樹脂物質は熱可塑性樹脂、例えば、ポリオレフィンエラストマー(Polyolefin Elastomer)を含むことができる。
本実施例によれば、無線送信部100と無線受信部(図1の31)の結合係数が、図11に示されたように位置に応じて概ね均一である。即ち、上部送信コイル140の外側コイル部143と下部送信コイル160の外側コイル部163によって形成される第1結合係数及び上部送信コイル140の内側コイル部147と下部送信コイル160の内側コイル部167によって形成される第2結合係数の平均値のように、無線送信部100と無線受信部31の結合係数が形成される。これにより、上部送信コイル140と下部送信コイル160の中心に近接しても、無線送信部100と無線受信部31の結合係数が相対的に高い。これにより、無線送信部100での充電可能領域が拡張される。
<第2実施例>
図12は、本発明の第2実施例に係る無線送信部を分解して示す斜視図である。そして、図13a及び図13bは、図12において上部送信コイルを示す平面図であり、図14a及び図14bは、図12において下部送信コイルを示す平面図である。また、図15は、本発明の第2実施例に係る無線送信部において結合係数を説明するためのグラフである。
図12、図13a及び図13b、及び図14a及び図14bを参照すると、本実施例の無線送信部200は、実装部材210、第1端子220、第2端子230、上部送信コイル240、下部送信コイル260及び遮蔽部材280を含む。この際、本実施例においてそれぞれの構成は、前述した実施例の対応する構成と類似しているので、詳しい説明を省略する。即ち、本実施例において上部送信コイル240の外側コイル部243は、第1ないし第4外側コイル部243a、243b、243c、243dを含んで、前述した実施例での第1ないし第4外側コイル部143a、143b、143c、143dの形状及び配置関係と同様に説明することができ、本実施例において上部送信コイル240の第1内側コイル部247は、第1−1内側コイル部247aと第1−2内側コイル部247bを含んで、前述した実施例での第1及び第2内側コイル部147a、147bの形状及び配置関係と同様に説明することができ、本実施例において外側連結部241と第1延長部245は、前述した実施例での外側連結部141及び延長部145の形状及び配置関係と同様に説明することができる。
<上部送信コイル>
但し、本実施例の上部送信コイル240は、外側連結部241、外側コイル部243、第1延長部245、第1内側コイル部247、第2延長部249、第2内側コイル部251及び内側連結部253を含む。
外側連結部241は、第1端子220に連結される。この際、外側連結部241は第1端子220から延長される。例えば、第1端子220が中心軸であるY軸の右側に配置される場合、外側連結部241は中心軸の右側から延長される。
外側コイル部243は、上部送信コイル240の最外郭に配置される。そして、外側コイル部243は外側連結部241に連結される。この際、外側コイル部243は外側連結部241から延長される。ここで、外側コイル部243はワンターンで形成される。例えば、第1端子220が中心軸の右側に配置される場合、外側コイル部243は、外側連結部241から時計方向に沿って延長される。また、外側コイル部243は、中心軸の右側から中心軸の左側に延長される。
第1延長部245は、外側コイル部243に連結される。この際、第1延長部245は外側コイル部243から延長される。ここで、第1延長部245は外側コイル部243の内側に延長される。例えば、第1端子220が中心軸の右側に配置される場合、第1延長部245は中心軸の左側から延長される。
第1内側コイル部247は、第1延長部245に連結される。そして、第1内側コイル部247は第1延長部245から延長される。この際、第1内側コイル部247は外側コイル部243の内側に配置される。即ち、第1内側コイル部247の半径が外側コイル部243の半径より小さい。ここで、第1内側コイル部247はハーフターンで形成される。例えば、第1端子220が中心軸の右側に配置される場合、第1内側コイル部247は、第1延長部245から反時計方向に沿って延長される。また、第1内側コイル部247は中心軸であるY軸の左側から延長される。
第2延長部249は、第1内側コイル部247に連結される。この際、第2延長部249は第1内側コイル部247の終点から延長される。ここで、第2延長部249は第1内側コイル部247の内側に延長される。例えば、第1端子220が中心軸であるY軸の右側に配置される場合、第2延長部249は、中心軸の左側から中心軸の右側に延長される。即ち、Y軸を横切って第3象限から第2象限に延長される。より具体的には、前記第2延長部249は(−X)(−Y)方向からXY方向に延長される。
第2内側コイル部251は、第2延長部249に連結される。この際、第2内側コイル部251は第2延長部249の終点から延長される。この際、第2内側コイル部251の半径が第1内側コイル部247の半径より小さい。ここで、第2内側コイル部251はハーフターンで形成される。例えば、第1端子220が中心軸であるY軸の右側に配置される場合、第2内側コイル部251は第2延長部249から反時計方向に沿って延長される。また、第2内側コイル部251は、中心軸の右側から中心軸の左側に延長される。具体的に、前記第2内側コイル部251は、第2象限に配置された第2−1内側コイル部251a及び第1象限に配置された第2−2内側コイル部251bを含むことができ、前記第2−1内側コイル部251aは、正のX軸(X)方向に沿ってX軸との垂直距離が徐々に減少するか、又はX軸と平行に延長され、続いて正のY軸(Y)方向にY軸との垂直距離が徐々に増加するか、又はY軸と平行に延長され、前記第2−2内側コイル部251bは、正のY軸(Y)方向にY軸との垂直距離が徐々に減少するか、又はY軸と平行に延長され、続いて負のX軸(−X)方向にX軸との垂直距離が徐々に増加するか、又はX軸と平行に延長される。そして、前記第2−1内側コイル部251aと第2−2内側コイル部251bは、第2内側コイル部251の始点及び終点の一部形状を除いては、互いにX軸対称形状を有することができる。
内側連結部253は、第2内側コイル部251に連結される。そして、内側連結部253は第2端子230に連結される。この際、内側連結部253は第2内側コイル部251の終点、つまり第2−2内側コイル部251bの終点から第2端子230にY軸と平行に正のY軸(Y)方向に延長される。例えば、第2端子230が中心軸であるY軸の左側に配置される場合、内側連結部253は、中心軸の左側から延長される。また、内側連結部253は、実装部材210を貫通する少なくとも一つの連結ビア(図示せず)を含むことができる。即ち、内側連結部253は、下部送信コイル260と接触しないように、連結ビアを介して実装部材210の下部面を経由して第2端子230に連結される。
<下部送信コイル>
一方、本実施例の下部送信コイル260は、外側連結部261、外側コイル部263、第1延長部265、第1内側コイル部267、第2延長部269、第2内側コイル部271及び内側連結部273を含む。
この際、本実施例において下部送信コイル260の外側コイル部263は、第1ないし第4外側コイル部(263a、263b、263c、263d)を含んで、前述した実施例での第1ないし第4外側コイル部(163a、163b、163c、163d)の形状及び配置関係と同様に説明することができ、本実施例において下部送信コイル260の第1内側コイル部267は、第1−1内側コイル部267aと第1−2内側コイル部267bを含んで、前述した実施例での第1及び第2内側コイル部167a、167bの形状及び配置関係と同様に説明することができ、本実施例において外側連結部261と第1延長部265は、前述した実施例での外側連結部161及び延長部165の形状及び配置関係と同様に説明することができる。
外側連結部261は、第2端子230に連結される。この際、外側連結部261は第2端子230から延長される。例えば、第2端子230が中心軸の左側に配置される場合、外側連結部261は中心軸の左側から延長される。
外側コイル部263は、下部送信コイル260の最外郭に配置される。そして、外側コイル部263は、外側連結部263に連結される。この際、外側コイル部263は外側連結部261から延長される。ここで、外側コイル部263はワンターンで形成される。例えば、第2端子230が中心軸の左側に配置される場合、外側コイル部263は、外側連結部261から反時計方向に沿って延長される。また、外側コイル部263は、中心軸の左側から中心軸の右側に延長される。
第1延長部265は、外側コイル部263に連結される。この際、第1延長部265は外側コイル部263から延長される。ここで、第1延長部265は外側コイル部263の内側に延長される。例えば、第2端子230が中心軸の左側に配置される場合、第1延長部265は中心軸の右側から延長される。
第1内側コイル部267は、第1延長部265に連結される。そして、第1内側コイル部267は第1延長部265から延長される。この際、第1内側コイル部267は外側コイル部263の内側に配置される。即ち、第1内側コイル部267の半径が外側コイル部263の半径より小さい。ここで、第1内側コイル部267はハーフターンで形成される。例えば、第2端子230が中心軸の左側に配置される場合、第1内側コイル部267は、第1延長部265から時計方向に沿って延長される。また、第1内側コイル部267は中心軸の右側から延長される。
第2延長部269は、第1内側コイル部267に連結される。この際、第2延長部269は第1内側コイル部267から延長される。ここで、第2延長部269は第1内側コイル部267の内側に延長される。例えば、第2端子230が中心軸の左側に配置される場合、第2延長部269は、中心軸の右側から中心軸の左側に延長される。
第2内側コイル部271は、第2延長部269に連結される。そして、第2内側コイル部271は第2延長部269から延長される。この際、第2内側コイル部271の半径が第1内側コイル部267の半径より小さい。ここで、第2内側コイル部271はハーフターンで形成される。例えば、第2端子230が中心軸の左側に配置される場合、第2内側コイル部271は第2延長部269から時計方向に延長される。また、第2内側コイル部271は、中心軸の左側から中心軸の右側に延長される。
内側連結部273は、第2内側コイル部271に連結される。そして、内側連結部273は第1端子220に連結される。この際、内側連結部273は第2内側コイル部271から第1端子220に延長される。例えば、第1端子220が中心軸の右側に配置される場合、内側連結部273は中心軸の右側から延長される。また、内側連結部273は、実装部材210を貫通する少なくとも一つの連結ビア(図示せず)を含むことができる。即ち、内側連結部273は、上部送信コイル240と接触しないように、連結ビアを介して実装部材210の上部面を経由して第1端子220に連結される。
即ち、上部送信コイル240の外側コイル部243と下部送信コイル260の外側コイル部263は、上下に相互対向する。そして、上部送信コイル240の外側連結部241、第1延長部245、第1内側コイル部247、第2延長部249、第2内側コイル部251及び内側連結部253と、下部送信コイル260の外側連結部261、第1延長部265、第1内側コイル部267、第2延長部269、第2内側コイル部271及び内側連結部273は、中心軸を基準に互いに反対側に配置される。これにより、上部送信コイル240と下部送信コイル260が中心軸を基準に左右対称な形状を有する。即ち、前述した第1実施例での対称形状に関する説明を本実施例にも適用することができ、本第2実施例で前述した実施例と異なる下部送信コイル260の第2内側コイル部271は、第2−1及び第2−2内側コイル部271a、271bを含むことができ、下部送信コイル260の第2−1内側コイル部271aは、前述した上部送信コイル240の第2内側コイル部251において第2象限に配置された第2−1内側コイル部251aとY軸対称、下部送信コイル260の第2−2内側コイル部271bは、前述した上部送信コイル240の第2内側コイル部251において第1象限に配置された第2−2内側コイル部251bとY軸対称であり得る。
この際、上部送信コイル240において外側コイル部243と第1内側コイル部247との間隔及び下部送信コイル260において外側コイル部263と第1内側コイル部267との間隔が、受信コイルサイズの1/2に当たるように形成できる。一方、上部送信コイル240において外側コイル部243と第2内側コイル部251との間隔が、上部送信コイル240の外側コイル部243と受信コイルの結合係数が最大である位置と、第2内側コイル部251と受信コイルの結合係数が0である位置を一致させるように形成できる。同様に、下部送信コイル260において外側コイル部263と第2内側コイル部271との間隔が、下部送信コイル260の外側コイル部263と受信コイルの結合係数が最大である位置と、第2内側コイル部271と受信コイルの結合係数が0である位置を一致させるように形成できる。
本実施例によれば、無線送信部200と無線受信部(図1の31)の結合係数が、図15に示したように位置に応じて概ね均一である。即ち、上部送信コイル240の外側コイル部243と下部送信コイル260の外側コイル部263によって形成される第1結合係数、上部送信コイル240の第1内側コイル部247と下部送信コイル260の第1内側コイル部267によって形成される第2結合係数、及び上部送信コイル240の第2内側コイル部251と下部送信コイル260の第2内側コイル部271によって形成される第3結合係数の平均値のように、無線送信部200と無線受信部31の結合係数が形成される。これにより、上部送信コイル240と下部送信コイル260の中心に近接しても、無線送信部200と無線受信部31の結合係数が相対的に高い。したがって、無線送信部200での充電可能領域が拡張される。
<第3実施例>
図16は、本発明の第3実施例に係る無線送信部を分解して示す斜視図である。そして、図17a及び図17bは、図16において上部送信コイルを示す平面図であり、図18a及び図18bは、図16において下部送信コイルを示す平面図である。また、図19は、本発明の第3実施例に係る無線送信部において結合係数を説明するためのグラフである。さらに、図20は、本発明の第3実施例に係る無線送信部の具現例を説明するための例示図である。
図16、図17a及び図17b、及び図18a及び図18bを参照すると、本実施例の無線送信部300は、実装部材310、第1端子320、第2端子330、上部送信コイル340、下部送信コイル360及び遮蔽部材380を含む。この際、本実施例においてそれぞれの構成は、前述した実施例の対応する構成と類似しているので、詳しい説明を省略する。
<上部送信コイル>
但し、本実施例の上部送信コイル340は、外側連結部341、外側コイル部343、第1延長部345、第1内側コイル部347、第2延長部349、第2内側コイル部351、第3延長部353、第3内側コイル部354、第4延長部355、第4内側コイル部357及び内側連結部358を含む。
外側連結部341は、第1端子320に連結される。この際、外側連結部341は、第1端子320からY軸と平行に負のY軸(−Y)方向に延長される。例えば、第1端子320が中心軸であるY軸の右側に配置される場合、外側連結部341は、中心軸であるY軸の右側から延長される。言い換えれば、前記外側連結部341は第1端子320を開始点として、Y軸と平行に−Y軸方向に所定の長さで延長される。この際、所定の長さは、前記外側連結部341が第2象限まで延長されず、第1象限内のみに配置できる程度の長さとなり得る。
外側コイル部343は、上部送信コイル340の最外郭に配置される。そして、外側コイル部343は外側連結部341に連結される。この際、外側コイル部343は外側連結部341の終点から延長される。ここで、外側コイル部343はワンターンで形成される。例えば、第1端子320が中心軸の右側に配置される場合、外側コイル部343は、外側連結部341から時計方向に沿って延長される。また、外側コイル部343は、中心軸の右側から中心軸であるY軸の左側に延長される。
これを具体的に説明すると、前記外側コイル部343は、互いに一体に形成された第1象限に配置された第1外側コイル部343a、第2象限に配置された第2外側コイル部343b、第3象限に配置された第3外側コイル部343c、そして第4象限に配置された第4外側コイル部343dを含むことができる。前記第1外側コイル部343aは、外側連結部341の終点から前記第1外側コイル部343aとX軸相互間の交点まで延長されて形成される。即ち、前記第1外側コイル部343aは、外側連結部341の終点からX軸と平行に正のX軸(X)方向に延長され、続いてY軸と平行に負のY軸(−Y)方向に延長され、前記第1外側コイル部343aが正のX軸(X)方向から負のY軸(−Y)方向に延長されるとき、所定の曲率を持ちながら方向を転換することができる。そして、前記第2外側コイル部343bは、第1外側コイル部343aの終点から前記第2外側コイル部343bとY軸相互間の交点まで延長されて形成される。即ち、前記第2外側コイル部343bは、第1外側コイル部343aの終点からY軸と平行に負のY軸(−Y)方向に延長され、続いてX軸と平行に負のX軸(−X)方向に延長され、前記第2外側コイル部343bが負のY軸(−Y)方向から負のX軸(−X)方向に延長されるとき、所定の曲率を持ちながら方向を転換することができる。そして、前記第3外側コイル部343cは、第2外側コイル部343bの終点から前記第3外側コイル部343cとX軸相互間の交点まで延長されて形成される。即ち、前記第3外側コイル部343cは、第2外側コイル部343bの終点からX軸と平行に負のX軸(−X)方向に延長され、続いてY軸と平行に正のY軸(Y)方向に延長され、前記第3外側コイル部343cが負のX軸(−X)方向から正のY軸(Y)方向に延長されるとき、所定の曲率を持ちながら方向を転換することができる。そして、前記第4外側コイル部343dは、第3外側コイル部343cの終点から前記第4外側コイル部343dとY軸相互間の交点まで延長されて形成される。即ち、前記第4外側コイル部343dは、第3外側コイル部343cの終点からY軸と平行に正のY軸(Y)方向に延長され、続いてX軸と平行に正のX軸(X)方向に延長され、前記第4外側コイル部343dが正のY軸(Y)方向から正のX軸(X)方向に延長されるとき、所定の曲率を持ちながら方向を転換することができる。
また、前記第1外側コイル部343aと第2外側コイル部343bはX軸対称、前記第1外側コイル部343aと第4外側コイル部343dはY軸対称、前記第1外側コイル部343aと第3外側コイル部343cは、相互原点(0)対称であり得る。
一方、前記第1ないし第4外側コイル部343a、343b、343c、343dそれぞれは、一部領域が直線状であり、一部領域が曲率を持った形状であることを前提として説明したが、これに限定されるものではなく、前記第1ないし第4外側コイル部343a、343b、343c、343dが全体として楕円又は円形となってもよい。したがって、前記第1外側コイル部343aが正のX軸(X)方向に延長されるとき、X軸との距離が徐々に減少し、負のY軸(−Y)方向に延長されるとき、Y軸との距離が徐々に増加する。そして、前記第2外側コイル部343bが負のY軸(−Y)方向に延長されるとき、Y軸との距離が徐々に減少し、負のX軸(−X)方向に延長されるとき、X軸との距離が徐々に増加する。そして、前記第3外側コイル部343cが負のX軸(−X)方向に延長されるとき、X軸との距離が徐々に減少し、正のY軸(Y)方向に延長されるとき、Y軸との距離が徐々に増加する。そして、前記第4外側コイル部343dが正のY軸(Y)方向に延長されるとき、Y軸との距離が徐々に減少し、正のX軸(X)方向に延長されるとき、X軸との距離が徐々に増加する。したがって、外側コイル部343は全体として円形又は楕円形となり得る。
第1延長部345は、外側コイル部343に連結される。この際、第1延長部345は外側コイル部343の終点から延長される。ここで、第1延長部345は外側コイル部343の内側に延長される。例えば、第1端子320が中心軸であるY軸の右側に配置される場合、第1延長部345は中心軸であるY軸の左側から延長される。
第1内側コイル部347は、第1延長部345に連結される。そして、第1内側コイル部347は第1延長部345の終点から延長される。したがって、前記第1延長部345は、Y軸を横切って前記外側コイル部343の終点と前記第1内側コイル部347の始点を連結することができる。この際、第1内側コイル部347は外側コイル部343の内側に配置される。即ち、第1内側コイル部347の半径が外側コイル部343の半径より小さい。ここで、第1内側コイル部347はハーフターンで形成される。例えば、第1端子320が中心軸であるY軸の右側に配置される場合、第1内側コイル部347は、第1延長部345から時計方向に沿って延長される。また、第1内側コイル部347は、中心軸であるY軸の右側から延長される。そして、原点から前記第1内側コイル部347までの距離は、原点から外側コイル部343の距離より小さくてもよく、この際、前記第1内側コイル部347と前記外側コイル部343の離隔距離は非常に小さくなるように、両方が互いに近接して配置される。
また、前記第1内側コイル部347は互いに一体に形成され、第1象限に配置された第1−1内側コイル部347a及び第2象限に配置された第1−2内側コイル部347bを含むことができる。そして、前記第1−1内側コイル部347aは、第1延長部345の終点から前記第1−1内側コイル部347aとX軸の交点まで延長される。即ち、前記第1−1内側コイル部347aは、正のX軸(X)方向にX軸と平行又はX軸との垂直距離が減少しながら延長され、続いて負のY軸(−Y)方向にY軸と平行又はY軸との垂直距離が増加しながら延長され、正のX軸(X)方向から負のY軸(−Y)方向に延長されるとき、所定の曲率を持ちながら方向を転換することができる。そして、前記第1−2内側コイル部347bは、第1−1内側コイル部347aの終点から第2象限の範囲内で延長される。即ち、前記第1−2内側コイル部347bは、負のY軸(−Y)方向にY軸と平行又はY軸との垂直距離が減少しながら延長され、続いて負のX軸(−X)方向にX軸と平行又はX軸との垂直距離が増加しながら延長され、負のY軸(−Y)方向から負のX軸(−X)方向に延長されるとき、所定の曲率を持ちながら方向を転換することができる。そして、前記第1−1内側コイル部347aと前記第1−2内側コイル部347bは、相互X軸対称であり得る。
第2延長部349は、第1内側コイル部347に連結される。この際、第2延長部349は第1内側コイル部347の終点から延長される。ここで、第2延長部349は第1内側コイル部347の内側に延長される。例えば、第1端子320が中心軸の右側に配置される場合、第2延長部349は、中心軸の右側から中心軸であるY軸の左側に延長される。即ち、Y軸を横切って第2象限から第3象限に延長される。より具体的に、前記第2延長部349は、(X)(−Y)方向から(−X)Y方向に延長される。
第2内側コイル部351は、第2延長部349に連結される。そして、第2内側コイル部351は第2延長部349の終点から延長される。この際、第2内側コイル部351の半径が第1内側コイル部347の半径より小さい。ここで、第2内側コイル部351はハーフターンで形成される。例えば、第1端子320が中心軸であるY軸の右側に配置される場合、第2内側コイル部351は、第2延長部349から時計方向に沿って延長される。また、第2内側コイル部351は中心軸であるY軸の左側から延長される。
これを具体的に説明すると、前記第2内側コイル部351は、互いに一体に形成された第3象限に配置された第2−1内側コイル部351a及び第4象限に配置された第2−2内側コイル部351bを含むことができる。そして、前記第2−1内側コイル部351aは、前記第2延長部349の終点から負のX軸(−X)方向に延長され、続いて正のY軸(Y)方向にX軸と会うまで延長され、前記第2−1内側コイル部351aが負のX軸(−X)方向から正のY軸(Y)方向に方向転換の際に所定の曲率を持ちながら方向を転換して延長される。そして、前記第2−2内側コイル部351bは、前記第2−1内側コイル部351aの終点から正のY軸(Y)方向に延長され、続いて正のX軸(X)方向に第4象限内で延長され、前記第2−2内側コイル部351bが正のY軸(Y)方向から正のX軸(X)方向に方向転換の際に所定の曲率を持ちながら方向を転換して延長される。一方、前記第2−1及び第2−2内側コイル部351a、351bそれぞれは、一部領域が直線状であり、一部領域が曲率を持った形状であることを前提として説明したが、これに限定されるものではなく、前記第2−1及び第2−2内側コイル部351a、351bが全体として楕円や円形又は長方形となってもよい。したがって、前記第2−1内側コイル部351aが負のX軸(−X)方向に延長されるとき、X軸との距離が同一であるか、又は徐々に減少し、正のY軸(Y)方向に延長されるとき、Y軸との距離が同一であるか、又は徐々に増加する。そして、前記第2−2内側コイル部351bが正のY軸(Y)方向に延長されるとき、Y軸との距離が同一であるか、又は徐々に減少し、正のX軸(X)方向に延長されるとき、X軸との距離が同一であるか、又は徐々に増加する。
一方、前記第2−1内側コイル部351aと前記第2−2内側コイル部351bは、第2内側コイル部351の始点及び終点の一部形状を除いては、互いにX軸対称であり得る。
第3延長部353は、第2内側コイル部351に連結される。この際、第3延長部353は第2内側コイル部351の終点、つまり第2−2内側コイル部351bの終点からY軸と平行に負のY軸(−Y)方向に延長される。ここで、第3延長部353は第2内側コイル部351の内側に延長される。例えば、第1端子320が中心軸であるY軸の右側に配置される場合、第3延長部353は、中心軸の左側から中心軸であるY軸の右側に延長される。
第3内側コイル部354は、第3延長部353に連結される。この際、第3内側コイル部354は第3延長部353の終点から延長される。この際、第3内側コイル部354の半径が第2内側コイル部351の半径より小さい。ここで、第3内側コイル部354はハーフターンで形成される。例えば、第1端子320が中心軸の右側に配置される場合、第3内側コイル部354は、第3延長部353から時計方向に沿って延長される。また、第3内側コイル部354は中心軸の右側から延長される。
具体的に、前記第3内側コイル部354は、第1象限に配置された第3−1内側コイル部354a及び第2象限に配置された第3−2内側コイル部354bを含むことができ、前記第3−1内側コイル部354aは、正のX軸(X)方向に沿ってX軸と平行又はX軸との垂直距離が減少しながら延長され、続いて負のY軸(−Y)方向にY軸と平行又はY軸との垂直距離が増加しながら延長され、前記第3−2内側コイル部354bは、負のY軸(−Y)方向にY軸と平行又はY軸との垂直距離が減少しながら延長され、続いて負のX軸(−X)方向にX軸と平行又はX軸との垂直距離が増加しながら延長される。そして、前記第3−1内側コイル部354aと第3−2内側コイル部354bは、第3内側コイル部354の始点及び終点の一部形状を除いては、X軸対称形状を有することができる。
第4延長部355は、第3内側コイル部354に連結される。この際、第4延長部355は第3内側コイル部354の終点、つまり第3−2内側コイル部354bの終点から延長される。ここで、第4延長部355は第3内側コイル部354の内側に延長される。例えば、第1端子320が中心軸であるY軸の右側に配置される場合、第4延長部355は、中心軸の右側から中心軸であるY軸の左側に延長される。即ち、前記第4延長部355は、Y軸を横切って第2象限から第3象限に延長され、より具体的に、X(−Y)方向から(−X)Y方向に正のY軸(Y)方向に沿って延長される。
第4内側コイル部357は、第4延長部355に連結される。この際、第4内側コイル部357は第4延長部355の終点から延長される。この際、第4内側コイル部357の半径が第3内側コイル部354の半径より小さい。ここで、第4内側コイル部357はハーフターンで形成される。例えば、第1端子320が中心軸であるY軸の右側に配置される場合、第4内側コイル部357は、第4延長部355から時計方向に沿って延長される。また、第4内側コイル部357は中心軸であるY軸の左側から延長される。
具体的に、前記第4内側コイル部357は、第3象限に配置された第4−1内側コイル部357a及び第4象限に配置された第4−2内側コイル部357bを含むことができ、前記第4−1内側コイル部357aは、負のX軸(−X)方向に沿って延長され、続いて正のY軸(Y)方向に延長されながら全体として曲率を持つことができ、前記第4−2内側コイル部357bは、正のY軸(Y)方向に延長され、続いて正のX軸(X)方向に延長されながら全体として曲率を持つことができる。そして、前記第4−1内側コイル部357aと第4−2内側コイル部357bは、X軸対称形状を有することができる。内側連結部358は、第4内側コイル部357に連結される。そして、内側連結部358は、第2端子330に連結される。この際、内側連結部358は第4内側コイル部357の終点、つまり第4−2内側コイル部357bの終点から第2端子330にY軸に沿って正のY軸(Y)方向に延長される。例えば、第2端子330が中心軸であるY軸の左側に配置される場合、内側連結部358は中心軸であるY軸の左側から延長される。また、内側連結部358は、実装部材310を貫通する少なくとも一つの連結ビア(図示せず)を含むことができる。即ち、内側連結部358は、下部送信コイル360と接触しないように、連結ビアを介して実装部材310の下部面を経由して第2端子330に連結される。
<下部送信コイル>
一方、本実施例の下部送信コイル360は、外側連結部361、外側コイル部363、第1延長部365、第1内側コイル部367、第2延長部369、第2内側コイル部371、第3延長部373、第3内側コイル部374、第4延長部375、第4内側コイル部377及び内側連結部378を含む。
外側連結部361は、第2端子330に連結される。この際、外側連結部361は第2端子330から延長される。例えば、第2端子330が中心軸の左側に配置される場合、外側連結部361は中心軸の左側から延長される。
外側コイル部363は、下部送信コイル360の最外郭に配置される。そして、外側コイル部363は外側連結部361に連結される。この際、外側コイル部363は外側連結部361から延長される。ここで、外側コイル部363はワンターンで形成される。例えば、第2端子330が中心軸の左側に配置される場合、外側コイル部363は、外側連結部361から反時計方向に沿って延長される。また、外側コイル部363は、中心軸の左側から中心軸の右側に延長される。
第1延長部365は、外側コイル部363に連結される。この際、第1延長部365は外側コイル部363から延長される。ここで、第1延長部365は外側コイル部363の内側に延長される。例えば、第2端子330が中心軸の左側に配置される場合、第1延長部365は中心軸の右側から延長される。
第1内側コイル部367は、第1延長部365に連結される。そして、第1内側コイル部367は第1延長部365から延長される。この際、第1内側コイル部367は外側コイル部363の内側に配置される。即ち、第1内側コイル部367の半径が外側コイル部363の半径より小さい。ここで、第1内側コイル部367はハーフターンで形成される。例えば、第2端子330が中心軸の左側に配置される場合、第1内側コイル部367は、第1延長部365から反時計方向に沿って延長される。また、第1内側コイル部367は中心軸の左側から延長される。
第2延長部369は、第1内側コイル部367に連結される。この際、第2延長部369は第1内側コイル部367から延長される。ここで、第2延長部369は第1内側コイル部367の内側に延長される。例えば、第2端子330が中心軸の左側に配置される場合、第2延長部369は、中心軸の左側から中心軸の右側に延長される。
第2内側コイル部371は、第2延長部369に連結される。そして、第2内側コイル部371は第2延長部369から延長される。この際、第2内側コイル部371の半径が第1内側コイル部367の半径より小さい。ここで、第2内側コイル部371はハーフターンで形成される。例えば、第2端子330が中心軸の左側に配置される場合、第2内側コイル部371は、第2延長部369から反時計方向に沿って延長される。また、第2内側コイル部371は中心軸の右側から延長される。
第3延長部373は、第2内側コイル部371に連結される。この際、第3延長部373は第2内側コイル部371から延長される。ここで、第3延長部373は第2内側コイル部371の内側に延長される。例えば、第2端子330が中心軸の左側に配置される場合、第3延長部373は、中心軸の左側から中心軸の左側に延長される。
第3内側コイル部374は、第3延長部373に連結される。この際、第3内側コイル部374は第3延長部373から延長される。この際、第3内側コイル部374の半径が第2内側コイル部371の半径より小さい。ここで、第3内側コイル部374はハーフターンで形成される。例えば、第2端子330が中心軸の左側に配置される場合、第3内側コイル部374は、第3延長部373から反時計方向に沿って延長される。また、第3内側コイル部374は中心軸の左側から延長される。
第4延長部375は、第3内側コイル部374に連結される。この際、第4延長部375は第3内側コイル部374から延長される。ここで、第4延長部374は第3内側コイル部374の内側に延長される。例えば、第2端子330が中心軸の左側に配置される場合、第4延長部375は、中心軸の左側から中心軸の右側に延長される。
第4内側コイル部377は、第4延長部375に連結される。この際、第4内側コイル部377は第4延長部375から延長される。この際、第4内側コイル部377の半径が第3内側コイル部374の半径より小さい。ここで、第4内側コイル部377はハーフターンで形成される。例えば、第2端子330が中心軸の右側に配置される場合、第4内側コイル部377は、第4延長部375から反時計方向に沿って延長される。また、第4内側コイル部377は中心軸の右側から延長される。
内側連結部378は、第4内側コイル部377に連結される。そして、内側連結部378は第1端子320に連結される。この際、内側連結部378は第4内側コイル部377から第1端子320に延長される。例えば、第1端子320が中心軸の右側に配置される場合、内側連結部378は中心軸の右側から延長される。また、内側連結部378は、実装部材310を貫通する少なくとも一つの連結ビア(図示せず)を含むことができる。即ち、内側連結部378は上部送信コイル340と接触しないように、連結ビアを介して実装部材310の下部面を経由して第1端子320に連結される。
即ち、上部送信コイル340の外側コイル部343と下部送信コイル360の外側コイル部363は、上下に相互対向する。そして、上部送信コイル340の外側連結部341、第1延長部345、第1内側コイル部347、第2延長部349、第2内側コイル部351、第3延長部353、第3内側コイル部354、第4延長部355、第4内側コイル357及び内側連結部358と、下部送信コイル360の外側連結部361、第1延長部365、第1内側コイル部367、第2延長部369、第2内側コイル部371、第3延長部373、第3内側コイル部374、第4延長部375、第4内側コイル部377及び内側連結部378は、中心軸を基準に互いに反対側に配置される。これにより、上部送信コイル340と下部送信コイル360が中心軸を基準に左右対称な形状を有する。
対称形状について具体的に説明すると、下部送信コイル360の外側コイル部363は、上部送信コイル340において第1象限に配置された第1外側コイル部343a、第2象限に配置された第2外側コイル部343b、第3象限に配置された第3外側コイル部343c、そして第4象限に配置された第4外側コイル部343dのように、第4象限に配置された第1外側コイル部363a、第3象限に配置された第2外側コイル部363b、第2象限に配置された第3外側コイル部363c、そして第1象限に配置された第4外側コイル部363dを含むことができる。そして、下部送信コイル360の第1内側コイル部367は、上部送信コイル340の第1内側コイル部347の第1象限に配置された第1−1内側コイル部347a及び第2象限に配置された第1−2内側コイル部347bのように、第4象限に配置された第1−1内側コイル部367a及び第3象限に配置された第1−2内側コイル部367bを含むことができる。そして、下部送信コイル360の第2内側コイル部371は、上部送信コイル340の第2内側コイル部351の第3象限に配置された第2−1内側コイル部351a及び第4象限に配置された第2−2内側コイル部351bのように、第2象限に配置された第2−1内側コイル部371a及び第1象限に配置された第2−2内側コイル部371bを含むことができる。そして、下部送信コイル360の第3内側コイル部374は、上部送信コイル340の第3内側コイル部354の第1象限に配置された第3−1内側コイル部354a及び第2象限に配置された第3−2内側コイル部354bのように、第4象限に配置された第3−1内側コイル部374a及び第3象限に配置された第3−2内側コイル部374bを含むことができる。そして、下部送信コイル360の第4内側コイル部377は、上部送信コイル340の第4内側コイル部357の第3象限に配置された第4−1内側コイル部357a及び第4象限に配置された第4−2内側コイル部357bのように、第2象限に配置された第4−1内側コイル部377a及び第1象限に配置された第4−2内側コイル部377bを含むことができる。また、下部送信コイル360の外側連結部361は、上部送信コイル340の外側連結部341とY軸対称、下部送信コイル360の外側コイル部363は、上部送信コイル340の外側コイル部343とY軸対称、下部送信コイル360の第1延長部365は、上部送信コイル340の第1延長部345とY軸対称、下部送信コイル360の第1内側コイル部367は、上部送信コイル340の第1内側コイル部347とY軸対称、下部送信コイル360の第2延長部369は、上部送信コイル340の第2延長部349とY軸対称、下部送信コイル360の第2内側コイル部371は、上部送信コイル340の第2内側コイル部351とY軸対称、下部送信コイル360の第3延長部373は、上部送信コイル340の第3延長部353とY軸対称、下部送信コイル360の第3内側コイル部374は、上部送信コイル340の第3内側コイル部354とY軸対称、下部送信コイル360の第4延長部375は、上部送信コイル340の第4延長部355とY軸対称、下部送信コイル360の第4内側コイル部377は、上部送信コイル340の第4内側コイル部357とY軸対称、下部送信コイル360の内側連結部378は、上部送信コイル340の内側連結部358とY軸対称であり得る。
この際、上部送信コイル340において外側コイル部343と第2内側コイル部351との間隔及び下部送信コイル360において外側コイル部363と第2内側コイル部371との間隔が、受信コイルサイズの1/2に当たるように形成できる。一方、上部送信コイル340において外側コイル部343と第3内側コイル部354との間隔が、上部送信コイル340の外側コイル部343と受信コイルの結合係数が最大である位置と、第3内側コイル部354と受信コイルの結合係数が0である位置を一致させるように形成できる。同様に、下部送信コイル360において外側コイル部363と第3内側コイル部374との間隔が、下部送信コイル360の外側コイル部363と受信コイルの結合係数が最大である位置と、第3内側コイル部374と受信コイルの結合係数が0である位置を一致させるように形成できる。
本実施例によれば、無線送信部300と無線受信部(図1の31)の結合係数が、図19に示されたように位置に応じて概ね均一である。即ち、上部送信コイル340の外側コイル部343と下部送信コイル360の外側コイル部363によって形成される第1結合係数、上部送信コイル340の第2内側コイル部351と下部送信コイル360の第2内側コイル部371によって形成される第2結合係数及び上部送信コイル340の第3内側コイル部354と下部送信コイル360の第3内側コイル部374によって形成される第3結合係数の平均値のように、無線送信部300と、無線受信部31の結合係数が形成される。これにより、上部送信コイル340と下部送信コイル360の中心部に近接しても、無線送信部300と無線受信部31の結合係数が相対的に高い。それだけではなく、上部送信コイル340において第1内側コイル部347が外側コイル部343に隣接するように配置され、下部送信コイル360において第1内側コイル部367が外側コイル部363に隣接するように配置されることで、第1結合係数がより高くなる。これにより、無線送信部300での充電可能領域が拡張される。
例えば、本実施例の無線送信部300は、下記<表1>及び図20に示されたように具現することができる。この際、上部送信コイル340において、外側コイル部343と第1内側コイル部347との間隔は約5.2mmであり、第1内側コイル部347と第2内側コイル部351との間隔は約34mmであり、第2内側コイル部351と第3内側コイル部354との間隔は約32.4mmであり、第3内側コイル部354と第4内側コイル部357との間隔は約83.5mmであり得る。同様に、下部送信コイル360において、外側コイル部363と第1内側コイル部367との間隔は約5.2mmあり、第1内側コイル部367と第2内側コイル部371との間隔は約34mmであり、第2内側コイル部371と第3内側コイル部374との間隔は約32.4mmであり、第3内側コイル部374と第4内側コイル部377との間隔は約83.5mmであり得る。
また、実装部材310のY軸方向への幅は約180.5mm、X軸方向への幅は約129mm、上部送信コイル340の外側コイル部343又は下部送信コイル360の外側コイル部363のY軸方向への幅は約179.5mm、X軸方向への幅は約128mm、上部送信コイル340の第1内側コイル部347又は下部送信コイル360の第1内側コイル部367のY軸方向への幅は約174.3mm、上部送信コイル340の第1内側コイル部347と下部送信コイル360の第1内側コイル部367のX軸方向への最大離隔距離は約122.8mm、上部送信コイル340の第2内側コイル部351又は下部送信コイル360の第2内側コイル部371のY軸方向への幅は約140.3mm、上部送信コイル340の第3内側コイル部354又は下部送信コイル360の第3内側コイル部374のY軸方向への幅は約107.9mm、上部送信コイル340の第4内側コイル部357又は下部送信コイル360の第4内側コイル部377のY軸方向への幅は約24.4mm、上部送信コイル340の第2延長部349の始点と下部送信コイル360の第2延長部369の始点との間のX軸方向への距離は約7.04mm、上部送信コイル340の第2延長部349の終点と下部送信コイル360の第2延長部369の終点との間のX軸方向への距離は約10.29mm、上部送信コイル340の内側連結部358と下部送信コイル360の内側連結部378のX軸方向への垂直距離約2.8mmであり得る。そして、上部送信コイル340の外側コイル部343又は下部送信コイル360の外側コイル部363の曲率を持った領域の円弧は、円の半径として、約R 302mmとなり、上部送信コイル340の第2内側コイル部351又は下部送信コイル360の第2内側コイル部371のX軸と離隔した曲率を持った領域の円弧は、円の半径として、約R 20mm、X軸と近接した曲率を持った領域の円弧は、円の半径として、約R 269.1mm、X軸とより近接した曲率を持った領域の円弧は、円の半径として、約R 270.8mm、上部送信コイル340の第3内側コイル部354又は下部送信コイル360の第3内側コイル部374の負のY軸(−Y)領域でX軸と離隔した曲率を持った領域の円弧は、円の半径として、約R 15.4mm、正のY軸(Y)の領域でX軸と近接した曲率を持った領域の円弧は、円の半径として、約R 17mm、正のY軸(Y)の領域でX軸とより近接した曲率を持った領域の円弧は、円の半径として、約R 160.88mm、負のY軸(−Y)領域でX軸とより近接した曲率を持った領域の円弧は、円の半径として、約R 162.56mm、上部送信コイル340の第4内側コイル部357又は下部送信コイル360の第4内側コイル部377の円弧は、円の半径として、約R 15.1mmであり得る。
Figure 0006387460
本発明によれば、上部送信コイル140、240及び340と下部送信コイル160、260及び360が相互対称な形状で形成されることにより、上部送信コイル140、240及び340と下部送信コイル160、260及び360で形成される磁場の形態が一定に維持できる。即ち、上部送信コイル140、240及び340と下部送信コイル160、260及び360の動作時、磁場の形態が変化せずに、一定に維持できる。そして、上部送信コイル140、240及び340と下部送信コイル160、260及び360で磁場の形態が上下左右に対称的であり得る。これによって、無線電力送信装置100、200及び300と無線電力受信装置(図1の30)の結合係数が無線電力送信装置100、200及び300の位置に応じて均一に分布される。これにより、無線電力送信装置100、200及び300での充電可能領域が拡張されることで、無線電力送信装置100、200及び300の電力送信効率が向上できる。
一方、本明細書と図面に開示された本発明の実施例は、本発明の技術内容を容易に説明し、本発明の理解を助けるために特定例を提示したもので、本発明の範囲を限定しようとするものではない。即ち、本発明の技術的思想に基づいた他の変形例が実施可能であることは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に自明である。

Claims (26)

  1. 実装部材と、
    前記実装部材の上部に配置される上部送信コイルと、
    前記実装部材の下部に配置される下部送信コイルと、
    前記上部送信コイルの外側連結部及び前記下部送信コイルの内側連結部と連結される第1端子と、
    前記上部送信コイルの内側連結部及び前記下部送信コイルの外側連結部と連結される第2端子と、を含み、
    前記上部送信コイルと下部送信コイルが、前記第1端子と第2端子との間を通過する中心軸を基準に左右対称であり、
    前記上部送信コイルと下部送信コイルは、
    前記外側連結部に連結され、ワンターンで形成される外側コイル部と、
    前記外側コイル部に連結され、前記外側コイル部の内側に配置され、前記内側連結部に連結され、ハーフターンで形成される内側コイル部と、を含むことを特徴とする、無線電力送信装置。
  2. 前記上部送信コイルで電流が外側から内側に伝達されると、前記下部送信コイルで電流が内側から外側に伝達され、
    前記上部送信コイルで電流が内側から外側に伝達されると、前記下部送信コイルで電流が外側から内側に伝達されることを特徴とする、請求項1に記載の無線電力送信装置。
  3. 前記第1端子が前記中心軸を基準に前記実装部材の一側に配置されるとき、
    前記上部送信コイルの内側コイル部は、前記中心軸を基準に前記実装部材の他側に配置されることを特徴とする、請求項に記載の無線電力送信装置。
  4. 前記上部送信コイルでの電流が前記上部送信コイルの外側コイル部から前記上部送信コイルの内側コイル部に伝達されるとき、前記下部送信コイルでの電流は、前記下部送信コイルの内側コイル部から前記下部送信コイルの外側コイル部に伝達され、
    前記上部送信コイルでの電流が前記上部送信コイルの内側コイル部から前記上部送信コイルの外側コイル部に伝達されるとき、前記下部送信コイルでの電流は、前記下部送信コイルの外側コイル部から前記下部送信コイルの内側コイル部に伝達されることを特徴とする、請求項に記載の無線電力送信装置。
  5. 前記内側コイル部は、
    前記外側コイル部に連結される第1内側コイル部と、前記第1内側コイル部に連結され、前記内側連結部に連結される第2内側コイル部と、を含むことを特徴とする、請求項に記載の無線電力送信装置。
  6. 前記第1内側コイル部は、
    前記外側コイル部に隣接するように配置されることを特徴とする、請求項に記載の無線電力送信装置。
  7. 前記第2内側コイル部は、前記第1内側コイル部より半径が小さいことを特徴とする、請求項に記載の無線電力送信装置。
  8. 前記第1端子が前記中心軸を基準に前記実装部材の一側に配置されるとき、
    前記上部送信コイルの第1内側コイル部は、前記中心軸を基準に前記実装部材の他側に配置され、前記上部送信コイルの前記第2内側コイル部は、前記中心軸を基準に前記実装部材の一側に配置されることを特徴とする、請求項に記載の無線電力送信装置。
  9. 前記内側コイル部は、
    前記外側コイル部に連結され、前記外側コイル部に隣接するように配置される第1内側コイル部と、
    前記第1内側コイル部に連結される第2内側コイル部と、
    前記第2内側コイル部に連結される第3内側コイル部と、
    前記第3内側コイル部に連結され、前記内側連結部に連結される第4内側コイル部と、を含むことを特徴とする、請求項に記載の無線電力送信装置。
  10. 前記第1内側コイル部は、前記外側コイル部に隣接するように配置されることを特徴とする、請求項に記載の無線電力送信装置。
  11. 前記第2内側コイル部は、前記第1内側コイル部より半径が小さく、
    前記第3内側コイル部は、前記第2内側コイル部より半径が小さく、
    前記第4内側コイル部は、前記第3内側コイル部より半径が小さいことを特徴とする、請求項10に記載の無線電力送信装置。
  12. 前記第1端子が前記中心軸を基準に前記実装部材の一側に配置されるとき、
    前記上部送信コイルの第1及び第3内側コイル部は、前記中心軸を基準に前記実装部材の一側に配置され、前記上部送信コイルの第2及び第4内側コイル部は、前記中心軸を基準に前記実装部材の他側に配置されることを特徴とする、請求項11に記載の無線電力送信装置。
  13. 前記外側コイル部と内側コイル部との間隔が、前記外側コイル部と受信コイルの結合係数が最大である位置と、前記内側コイル部と受信コイルの結合係数が0である位置を一致させるように形成されることを特徴とする、請求項に記載の無線電力送信装置。
  14. 実装部材と、
    前記実装部材の上部に配置される上部送信コイルと、
    前記実装部材に配置される第1及び第2端子と、を含み、
    前記上部送信コイルは、
    前記第1端子に連結され、前記第1及び第2端子の間を通過する中心軸を基準にワンターンで形成される外側コイル部と、
    前記外側コイル部に連結され、前記中心軸を基準に一側にハーフターンで形成される第1内側コイル部と、
    前記第1内側コイル部に連結され、前記中心軸を基準に他側にハーフターンで形成され、前記第1内側コイル部より小さい長さを有する第2内側コイル部と、
    前記第2内側コイル部に連結され、前記中心軸を基準に前記一側にハーフターンで形成され、前記第2内側コイル部より小さい長さを有する第3内側コイル部と、
    前記第3内側コイル部及び前記第2端子に連結され、前記中心軸を基準に前記他側にハーフターンで形成され、前記第3内側コイル部より小さい長さを有する第4内側コイル部と、を含むことを特徴とする、無線電力送信装置。
  15. 前記上部送信コイルは、
    前記外側コイル部と前記第1端子とを連結する外側連結部と、前記第4内側コイル部と前記第2端子とを連結する内側連結部と、を更に含むことを特徴とする、請求項14に記載の無線電力送信装置。
  16. 前記内側連結部は、前記実装部材の上部面から連結ビアを介して前記実装部材の下部面を経由して前記第2端子に連結されることを特徴とする、請求項15に記載の無線電力送信装置。
  17. 前記上部送信コイルは、
    前記中心軸を横切って、前記外側コイル部と前記第1内側コイル部とを連結する第1延長部と、
    前記中心軸を横切って、前記第1内側コイル部と前記第2内側コイル部とを連結する第2延長部と、
    前記中心軸と平行し、前記第2内側コイル部と前記第3内側コイル部とを連結する第3延長部と、
    前記中心軸を横切って、前記第3内側コイル部と前記第4内側コイル部とを連結する第4延長部と、を更に含むことを特徴とする、請求項15に記載の無線電力送信装置。
  18. 前記実装部材の下部に配置され、前記第1及び第2端子に連結された下部送信コイルを更に含み、
    前記下部送信コイルは、前記中心軸を基準に前記上部送信コイルと左右対称であることを特徴とする、請求項14に記載の無線電力送信装置。
  19. 実装部材と、
    前記実装部材の上部に配置される上部送信コイルと、
    前記実装部材に配置される第1及び第2端子と、を含み、
    前記上部送信コイルは、
    前記第1及び第2端子の間を通過する中心軸(以下、Y軸)を基準に前記実装部材の右側で前記Y軸と平行に一方向に前記第1端子から延長された外側連結部と、
    前記外側連結部から延長され、前記実装部材の左右対称にワンターンで形成される外側コイル部と、
    前記実装部材の左側から右側に前記Y軸を横切って、前記外側コイル部から延長された第1延長部と、
    前記第1延長部から延長され、前記実装部材の右側にハーフターンで形成される第1内側コイル部と、
    前記実装部材の右側から左側に前記Y軸を横切って、前記第1内側コイル部から延長された第2延長部と、
    前記第2延長部から延長され、前記実装部材の左側にハーフターンで形成される第2内側コイル部と、
    前記第2内側コイル部から延長され、前記実装部材の右側から前記Y軸と平行に一方向に延長された第3延長部と、
    前記第3延長部から延長され、前記実装部材の右側にハーフターンで形成される第3内側コイル部と、
    前記実装部材の右側から左側に前記Y軸を横切って、前記第3内側コイル部から延長された第4延長部と、
    前記第4延長部から延長され、前記実装部材の左側にハーフターンで形成される第4内側コイル部と、
    前記実装部材の左側から前記Y軸と平行に他方向に延長された内側連結部と、を含むことを特徴とする無線電力送信装置。
  20. 前記実装部材の上部面は、前記Y軸と垂直なX軸によって第1ないし第4象限に区分され、
    前記外側コイル部は、
    互いに一体に形成された前記第1象限に配置された第1外側コイル部と、前記第2象限に配置された第2外側コイル部、前記第3象限に配置された第3外側コイル部及び前記第4象限に配置された第4外側コイル部と、を含み、
    前記第1外側コイル部は、
    前記外側連結部の終点から前記X軸と平行に正のX軸方向に延長され、続いて前記Y軸と平行に負のY軸方向に延長され、前記第1外側コイル部が前記正のX軸方向から前記負のY軸方向に延長されるとき、第1曲率を持ちながら方向を転換し、
    前記第2外側コイル部は、
    前記第1外側コイル部の終点から前記Y軸と平行に前記負のY軸方向に延長され、続いて前記X軸と平行に負のX軸方向に延長され、前記第2外側コイル部が前記負のY軸方向から負のX軸方向に延長されるとき、第1曲率を持ちながら方向を転換し、
    前記第3外側コイル部は、
    前記Y軸を基準に前記第2外側コイル部と対称形状を有し、
    前記第4外側コイル部は、
    前記Y軸を基準に前記第1外側コイル部と対称形状を有したことを特徴とする、請求項19に記載の無線電力送信装置。
  21. 前記第1内側コイル部は、
    互いに一体に形成され、前記第1象限に配置された第1−1内側コイル部及び前記第2象限に配置された第1−2内側コイル部を含み、
    前記第1−1内側コイル部は、
    前記正のX軸方向に前記X軸と平行に延長され、続いて前記負のY軸方向に前記Y軸と平行に延長され、前記正のX軸方向から前記負のY軸方向に延長されるとき、第2曲率を持ちながら方向を転換し、
    前記第1−2内側コイル部は、
    前記負のY軸方向に前記Y軸と平行に延長され、続いて前記負のX軸方向に前記X軸と平行に延長され、前記負のY軸方向から前記負のX軸方向に延長されるとき、第2曲率を持ちながら方向を転換することを特徴とする、請求項20に記載の無線電力送信装置。
  22. 前記第2内側コイル部は、
    互いに一体に形成された前記第3象限に配置された第2−1内側コイル部及び前記第4象限に配置された第2−2内側コイル部を含み、
    前記第2−1内側コイル部は、
    前記第2延長部の終点から前記負のX軸方向に前記X軸と平行に延長され、続いて前記正のY軸方向に前記Y軸との垂直距離が増加しながら延長され、前記第2−1内側コイル部が前記負のX軸方向から前記正のY軸方向に方向転換の際、第3曲率を持ちながら方向を転換し、
    前記第2−2内側コイル部は、
    前記第2−1内側コイル部の終点から前記正のY軸方向に前記Y軸との垂直距離が減少しながら延長され、続いて前記正のX軸方向に前記X軸と平行に延長され、前記第2−2内側コイル部が前記正のY軸方向から前記正のX軸方向に方向転換の際、第3曲率を持ちながら方向を転換することを特徴とする、請求項21に記載の無線電力送信装置。
  23. 前記第3内側コイル部は、
    前記第1象限に配置された第3−1内側コイル部及び前記第2象限に配置された第3−2内側コイル部を含み、
    前記第3−1内側コイル部は、
    前記正のX軸方向に沿って前記X軸と平行に延長され、続いて前記負のY軸方向に前記Y軸との垂直距離が増加しながら延長され、前記第3−1内側コイル部が前記正のX軸方向から前記負のY軸方向に方向転換の際、第4曲率を持ちながら方向を転換し、
    前記第3−2内側コイル部は、
    前記負のY軸方向に前記Y軸との垂直距離が減少しながら延長され、続いて前記負のX軸方向に前記X軸と平行に延長され、前記第3−2内側コイル部が前記負のY軸方向から前記負のX軸方向に方向転換の際、第4曲率を持ちながら方向を転換することを特徴とする、請求項22に記載の無線電力送信装置。
  24. 前記第4内側コイル部は、
    前記第3象限に配置された第4−1内側コイル部及び前記第4象限に配置された第4−2内側コイル部を含み、
    前記第4−1内側コイル部は、
    前記負のX軸方向に沿って延長され、続いて前記正のY軸(Y)方向に延長されながら全体として第5曲率を持ち、
    前記第4−2内側コイル部は、
    前記正のY軸方向に延長され、続いて前記正のX軸(X)方向に延長されながら全体として第5曲率を持つことを特徴とする、請求項23に記載の無線電力送信装置。
  25. 前記第1曲率の半径は、前記第2曲率の半径より大きく、
    前記第2曲率の半径は、前記第3曲率の半径より大きく、
    前記第3曲率の半径は、前記第4曲率の半径より大きく、
    前記第4曲率の半径は、前記第5曲率の半径より大きいことを特徴とする、請求項24に記載の無線電力送信装置。
  26. 前記実装部材の下部に配置され、前記第1及び第2端子に連結された下部送信コイルを更に含み、
    前記下部送信コイルは、前記Y軸を基準に、
    前記上部送信コイルの外側連結部と対称である下部送信コイルの外側連結部と、
    前記上部送信コイルの第1延長部と対称である下部送信コイルの第1延長部と、
    前記上部送信コイルの第1内側コイル部と対称である下部送信コイルの第1内側コイル部と、
    前記上部送信コイルの第2延長部と対称である下部送信コイルの第2延長部と、
    前記上部送信コイルの第2内側コイル部と対称である下部送信コイルの第2内側コイル部と、
    前記上部送信コイルの第3延長部と対称である下部送信コイルの第3延長部と、
    前記上部送信コイルの第3内側コイル部と対称である下部送信コイルの第3内側コイル部と、
    前記上部送信コイルの第4延長部と対称である下部送信コイルの第4延長部と、
    前記上部送信コイルの第4内側コイル部と対称である下部送信コイルの第4内側コイル部と、
    前記上部送信コイルの内側連結部と対称である下部送信コイルの内側連結部と、を含むことを特徴とする、請求項25に記載の無線電力送信装置。
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