KR101140338B1 - Resonant coil structure for wireless power transfer - Google Patents

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KR101140338B1 KR1020100107869A KR20100107869A KR101140338B1 KR 101140338 B1 KR101140338 B1 KR 101140338B1 KR 1020100107869 A KR1020100107869 A KR 1020100107869A KR 20100107869 A KR20100107869 A KR 20100107869A KR 101140338 B1 KR101140338 B1 KR 101140338B1
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박영진
이순우
강지명
김진욱
김도현
손현창
김관호
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한국전기연구원
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Abstract

PURPOSE: A resonant coil structure for wireless power transmission is provided to improve the efficiency of power transmission since a coupling coefficient increases by controlling magnetic field distribution between a power transmitting and receiving resonator. CONSTITUTION: A frame coil part(110) generates a magnetic field. A magnetic field beam forming part increases a coupling coefficient by increasing the intensity of an electric field. The inside of a beam forming coil part(121) is formed into a coil. A magnetic substance part is made of a magnetic material in the beam forming coil part. The magnetic field beam forming part includes the magnetic substance consisting of the magnetic material.

Description

무선 전력 전송용 공진 코일 구조{RESONANT COIL STRUCTURE FOR WIRELESS POWER TRANSFER}Resonant coil structure for wireless power transfer {RESONANT COIL STRUCTURE FOR WIRELESS POWER TRANSFER}

본 발명은 공진 코일 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 전력 전송용으로 사용하는 송전 공진기와 수전 공진기 사이의 자기장 분포를 조절하여 송전 공진기와 수전 공진기간 커플링 계수를 증가시키고, 이를 통해 전력 전송 효율을 개선시킬 수 있는 무선 전력 전송용 공진 코일 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a resonant coil structure, and more particularly, by adjusting a magnetic field distribution between a power transmission resonator and a power reception resonator used for wireless power transmission, to increase the coupling coefficient of the power transmission resonator and the power reception resonance period, thereby transmitting power. It relates to a resonant coil structure for wireless power transmission that can improve efficiency.

기존의 공진기는 헬리컬, 스파이럴 등의 코일을 사용한 자기 공진 (self-resonance) 코일이거나 동일한 코일에 커패시터를 연결한 구조, 또는 자성체 예를 들어, 페라이트에 코일을 감아서 자계 형성을 보완하는 구조로서, 보통 전 면적에 고르게 분포하는 형태로 코일을 배치하는 경우가 대다수이고, 일정 방향으로 자기장을 모아주는 형태의 코일 배치를 고려한 경우는 거의 없다.
Conventional resonators are self-resonance coils using coils such as helical or spiral, or a structure in which capacitors are connected to the same coil, or a structure that compensates for magnetic field formation by winding a coil in a magnetic material, for example, ferrite. In general, coils are arranged in a form that is evenly distributed over the entire area, and a coil arrangement of a type that collects a magnetic field in a certain direction is rarely considered.

자계 공명(magnetic resonance)을 이용한 무선 전력 전송 시스템에서, 감쇄 계수가 같다면 공진기 사이의 커플링 계수가 전력전달 효율에 가장 큰 영향을 미치게 된다. 이런 커플링 계수는 공진기 사이의 거리와 위치, 각도에 따라 변하게 되는데, 기존에는 자기장 분포를 균일하게 만들어주는 것으로 이런 문제를 해결하려고 하였다.In a wireless power transfer system using magnetic resonance, if the attenuation coefficients are the same, the coupling coefficients between the resonators have the greatest influence on the power transfer efficiency. These coupling coefficients change depending on the distance, position and angle between resonators. In the past, this problem was solved by making the magnetic field uniform.

이와 같이 공진기 사이의 전송 효율을 개선하기 위해서는 공진기 사이의 커플링 계수가 커야하는데, 이것은 수전 공진기로의 자기장 세기가 크게 되도록 송전 공진기가 설계 되어야 함을 의미한다.Thus, in order to improve the transmission efficiency between the resonators, the coupling coefficient between the resonators should be large, which means that the transmission resonator should be designed so that the magnetic field strength to the power receiver resonator becomes large.

하지만, 종래 공진기들은 평행한 배열일 때(전송 효율이 좋은 형태)만을 고려하여 공진기를 설계하였기 때문에 평행한 배열에서는 전송 효율이 좋지만, 그렇지 않은 경우에 대해서는 전송 효율이 떨어지는 문제점이 있다.However, the conventional resonators have good transmission efficiency in the parallel arrangement because the resonators are designed considering only the parallel arrangement (a good transmission efficiency).

따라서, 평행한 배열 뿐만 아니라 다양한 상황에 맞게 자기장 분포를 조절할 수 있는 공진기 구조의 필요성이 대두된다.
Therefore, there is a need for a resonator structure capable of adjusting the magnetic field distribution to suit various situations as well as parallel arrangements.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 실시예에 따른 목적은, 송전 공진기와 수전 공진기 사이의 자기장 세기를 조절할 수 있도록 하여 공진기간의 커플링 계수를 증가시키고, 이를 통해 전력 전송 효율을 개선시킬 수 있는 무선 전력 전송용 공진 코일 구조를 제공하는데 있다.An object according to an embodiment of the present invention, which was devised to solve the above problems, is to adjust the magnetic field strength between a power transmission resonator and a power reception resonator, thereby increasing the coupling coefficient of the resonance period, thereby improving power transmission efficiency. It is to provide a resonant coil structure for wireless power transmission that can be improved.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 한 관점에 따른 무선 전력 전송용 공진 코일 구조는 무선 전력 전송용 공진 코일 구조에 있어서, 상대 공진기의 공진 코일을 인식하며, 균일한 자기장을 발생시키는 프레임 코일부; 및 상기 상대 공진기가 위치한 방향으로의 자기장 세기를 증가시켜 커플링 계수를 증가시키는 자기장 빔포밍부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a resonant coil structure for wireless power transmission according to an aspect of the present invention, in the resonant coil structure for wireless power transmission, recognizes a resonant coil of a relative resonator and generates a uniform magnetic field. ; And a magnetic field beamforming unit for increasing the coupling coefficient by increasing the magnetic field strength in the direction in which the relative resonator is located.

바람직하게, 상기 자기장 빔포밍부는 상기 프레임 코일부 내부의 일부 영역에 형성되는 코일로 이루어진 빔 포밍 코일부를 포함할 수 있다.Preferably, the magnetic field beamforming unit may include a beamforming coil unit formed of a coil formed in a portion of the inside of the frame coil unit.

바람직하게, 상기 자기장 빔포밍부는 상기 빔 포밍 코일부 내부 영역에 형성되는 자성체로 이루어진 자성체부를 더 포함할 수 있다.Preferably, the magnetic field beamforming unit may further include a magnetic body part formed of a magnetic material formed in an inner region of the beam forming coil part.

바람직하게, 상기 자기장 빔포밍부는 상기 프레임 코일부 내측에 인접하여 루프 형태로 형성되는 자성체로 이루어진 자성체부를 더 포함할 수 있고, 상기 자성체부는 상기 수전 공진기 방향에 형성된 부분의 면적이 다른 부분의 면적보다 크게 형성될 수 있다.Preferably, the magnetic field beamforming unit may further include a magnetic body part formed of a magnetic material formed in a loop shape adjacent to the inside of the frame coil part, and the magnetic body part has an area of a portion formed in the direction of the power receiving resonator than that of another portion. It can be formed large.

바람직하게, 상기 프레임 코일부 내부에서 상기 상대 공진기가 위치한 방향 측에 기 설정된 형태를 갖는 적어도 하나 이상의 자성체로 이루어진 자성체부를 더 포함할 수 있다.Preferably, the apparatus may further include a magnetic body part including at least one magnetic material having a preset shape in a direction side in which the relative resonator is located in the frame coil part.

바람직하게, 상기 자기장 빔포밍부는 상기 프레임 코일부 내부에서 이동이 가능할 수 있고, 상기 프레임 코일부와 결선되도록 형성되거나 독립적으로 형성될 수 있다.Preferably, the magnetic field beamforming part may be movable inside the frame coil part, and may be formed to be connected to the frame coil part or may be formed independently.

바람직하게, 상기 자기장 빔포밍부는 상기 프레임 코일부 내부 영역에 형성되는 자성체로 이루어진 자성체부를 포함할 수 있다.
Preferably, the magnetic field beamforming part may include a magnetic part made of a magnetic material formed in an inner region of the frame coil part.

본 발명의 다른 한 관점에 따른 무선 전력 전송용 공진 코일 구조는 무선 전력 전송용 공진 코일 구조에 있어서, 상대 공진기로부터 전송되는 전력을 수신하는 수신 코일부; 및 상기 수신 코일부 내부 영역에 형성되는 자성체로 이루어진 자성체부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a resonant coil structure for wireless power transmission includes: a resonant coil structure for wireless power transmission, comprising: a receiving coil unit configured to receive power transmitted from a relative resonator; And a magnetic body made of a magnetic body formed in an inner region of the receiving coil unit.

본 발명에 따르면, 송전 공진기에서 수전 공진기가 있는 방향으로 자기장 세기를 조절할 수 있도록 하거나 수전 공진기에서 송전 공진기에서 발생된 자기장의 수신양을 증가시킴으로써, 공진기간 커플링 계수를 증가시키고, 이를 통해 수전 공진기가 수직 방향 또는 각도가 있는 경우에도 전력 전송 효율을 증가시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to adjust the magnetic field strength in the direction of the power receiver resonator in the power transmission resonator or increase the amount of reception of the magnetic field generated in the power transmission resonator in the power receiver resonator, thereby increasing the resonance period coupling coefficient, thereby Even if there is a vertical direction or an angle can increase the power transmission efficiency.

또한, 본 발명은 자기장 세기를 조절할 수 있는 수단을 이동 가능하게 하여 할 수 있기 때문에 효율적인 전력 전달이 가능하다.In addition, the present invention can be made by moving the means for adjusting the magnetic field strength can be efficient power transfer.

나아가, 본 발명은 기존 공진기와 동일한 자기 에너지의 방향을 조절함으로써 전력 전달 효율을 증가시키기 때문에 동일한 인덕턴스를 갖는 공진기로 전력 전송 효율을 더 증가시킬 수 있으며, 자계 공명 방식 뿐만 아니라 전자기 유도 방식에도 적용 가능하다.Furthermore, the present invention increases power transmission efficiency by adjusting the direction of the same magnetic energy as the existing resonator, so that the power transmission efficiency can be further increased with a resonator having the same inductance, and can be applied not only to magnetic resonance but also to electromagnetic induction. Do.

더 나아가, 본 발명은 기존과 동일한 송신 공진기를 사용하고, 수신 공진기에서 전력 수신양을 조절할 수 있기 때문에 송신 공진기 뿐만 아니라 수신 공진기에 모두 적용할 수 있다.
Furthermore, since the present invention uses the same transmission resonator as the conventional one and can adjust the amount of power reception in the reception resonator, the present invention can be applied to both the reception resonator and the reception resonator.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 무선 전력 전송용 시스템의 일 예를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 송전 공진기에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 송전 공진기에 대한 다른 일 실시예의 구성을 나타낸 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 송전 공진기에 대한 또 다른 일 실시예의 구성을 나타낸 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 송전 공진기에 대한 또 다른 일 실시예의 구성을 나타낸 것이다.
도 6은 도 1에 도시된 송전 공진기에 대한 또 다른 일 실시예의 구성을 나타낸 것이다.
도 7은 도 1에 도시된 송전 공진기에 대한 또 다른 일 실시예의 구성을 나타낸 것이다.
도 8은 도 1에 도시된 송전 공진기에 대한 또 다른 일 실시예의 구성을 나타낸 것이다.
도 9는 도 1에 도시된 송전 공진기에 대한 또 다른 일 실시예의 구성을 나타낸 것이다.
도 10은 도 1에 도시된 송전 공진기에 대한 또 다른 일 실시예의 구성을 나타낸 것이다.
도 11은 도 1에 도시된 송전 공진기에 대한 또 다른 일 실시예의 구성을 나타낸 것이다.1 illustrates an example of a system for wireless power transmission for explaining the present invention.
FIG. 2 illustrates an embodiment configuration of the power transmission resonator shown in FIG. 1.
FIG. 3 illustrates a configuration of another embodiment of the power transmission resonator shown in FIG. 1.
FIG. 4 illustrates a configuration of another embodiment of the power transmission resonator shown in FIG. 1.
FIG. 5 illustrates a configuration of another embodiment of the power transmission resonator shown in FIG. 1.
FIG. 6 illustrates a configuration of another embodiment of the power transmission resonator shown in FIG. 1.
FIG. 7 illustrates a configuration of another embodiment of the power transmission resonator shown in FIG. 1.
FIG. 8 illustrates a configuration of another embodiment of the power transmission resonator shown in FIG. 1.
FIG. 9 illustrates a configuration of another embodiment of the power transmission resonator shown in FIG. 1.
FIG. 10 illustrates a configuration of another embodiment of the power transmission resonator shown in FIG. 1.
FIG. 11 illustrates a configuration of another embodiment of the power transmission resonator shown in FIG. 1.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
Other objects and features of the present invention in addition to the above object will be apparent from the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송용 공진 코일 구조를 첨부된 도 1 내지 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a resonant coil structure for wireless power transmission according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 11.

본 발명에서의 공진 코일 구조는 송신 공진기에서 뿐만 아니라 수신 공진기에도 적용 가능하다. 즉, 송전 공진기에 적용하는 경우에는 송전 공진기에서 발생되는 자기장을 수전 공진기 방향으로 전달할 수도 있고, 수전 공진기에 적용하는 경우에는 송전 공진기로부터 수신되는 자기장의 수신양을 증가시켜 전력 수신양을 증가시킬 수도 있다.The resonant coil structure in the present invention is applicable not only to the transmission resonator but also to the reception resonator. That is, in the case of applying to the transmission resonator, the magnetic field generated by the transmission resonator may be transmitted toward the receiving resonator, and in the case of applying to the receiving resonator, the amount of power received may be increased by increasing the reception amount of the magnetic field received from the transmission resonator. have.

이와 같이, 본 발명은 송전 공진기와 수전 공진기 중 적어도 하나에 적용함으로써, 커플링 계수를 증가시켜 전력 전달 효율을 증가시킬 수 있는데, 본 발명의 상세한 설명에서는 송전 공진기에 적용된 경우를 주로 설명한다.
As described above, the present invention can increase the power transmission efficiency by increasing the coupling coefficient by applying to at least one of the power transmission resonator and the power reception resonator. The detailed description of the present invention mainly describes the case where the power transmission resonator is applied.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 무선 전력 전송용 시스템의 일 예를 나타낸 것이다.1 shows an example of a system for wireless power transmission for explaining the present invention.

도 1을 참조하면, 시스템은 송전 공진기(100)와 수전 공진기(200)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the system includes a power transmission resonator 100 and a power reception resonator 200.

수전 공진기(1200)는 송전 공진기(100)로부터 전달된 전력을 수신하는 공진기를 말하는 것으로, 무선 전력 전송용 시스템에서 사용되는 기존의 모든 수전 공진기 뿐만 아니라 본발명의 송전 공진기에 적용되는 모든 구성을 포함할 수 있다.The power receiver resonator 1200 refers to a resonator for receiving power transmitted from the power transmission resonator 100, and includes all components applied to the power transmission resonator of the present invention as well as all existing power resonators used in the wireless power transmission system. can do.

송전 공진기(100)는 자기장을 발생시켜 수전 공진기의 공진 코일로 전력을 전송하는 구성으로, 프레임 코일부(110)와 자기장 빔포밍부(120)를 포함한다.The power transmission resonator 100 generates a magnetic field and transmits power to the resonant coil of the power receiving resonator. The power transmission resonator 100 includes a frame coil unit 110 and a magnetic field beamforming unit 120.

프레임 코일부(110)는 수전 공진부(2000)에 구비된 수전 공진 코일을 인식하며 균일한 자기장을 발생시킨다.The frame coil unit 110 recognizes a power receiving resonant coil provided in the power receiving resonator 2000 and generates a uniform magnetic field.

여기서, 프레임 코일부(110)는 수전 공진 코일과 자계 공명하는 기존 송전 공진기에 구비된 공진 코일일 수 있다.Here, the frame coil unit 110 may be a resonant coil provided in the existing power transmission resonator which magnetically resonates with the power receiving resonant coil.

자기장 빔포밍부(120)는 수전 공진 코일이 위치한 방향 즉, 수전 공진기(200)가 위치한 방향으로 프레임 코일부(110)에 의해 발생된 자기장 세기를 증가시켜 공진기간 커플링 계수를 증가시키는 구성이다.The magnetic field beamforming unit 120 is configured to increase the resonance period coupling coefficient by increasing the field strength generated by the frame coil unit 110 in the direction in which the power receiving resonance coil is located, that is, the direction in which the power receiving resonator 200 is located. .

이때, 자기장 빔포밍부(120)는 수전 공진기가 위치한 방향으로 자기장 세기를 증가시킬 수 있도록, 코일로 이루어진 빔 포밍 코일부와 자성체로 이루어진 자성체부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In this case, the magnetic field beamforming unit 120 may include at least one of a beam forming coil part made of a coil and a magnetic body part made of a magnetic material so as to increase the magnetic field strength in a direction in which the power receiving resonator is located.

또한, 자기장 빔포밍부(120)는 프레임 코일부(110)와 결선되도록 형성되거나 독립적으로 형성될 수 있으며, 프레임 코일부(110) 내부의 기 설정된 영역에 고정적으로 형성되거나 프레임 코일부(110) 내부에서 이동 가능하도록 형성될 수도 있다.
In addition, the magnetic field beamforming unit 120 may be formed to be connected to the frame coil unit 110 or may be formed independently, and may be fixedly formed in a predetermined area inside the frame coil unit 110 or the frame coil unit 110. It may be formed to be movable inside.

이런 자기장 빔포밍부에 대해 도 2 내지 도 11을 참조하여 설명한다.This magnetic field beamforming unit will be described with reference to FIGS. 2 to 11.

도 2는 도 1에 도시된 송전 공진기에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.FIG. 2 illustrates an embodiment configuration of the power transmission resonator shown in FIG. 1.

도 2에 도시된 바와 같이, 송전 공진기는 수전 공진부에 구비된 수전 공진 코일을 인식하며 균일한 자기장을 발생시키는 프레임 코일부(110)와, 커패시터(Capacitor)를 통해 프레임 코일부(110)와 결선되고 프레임 코일부(110)에 의해 발생된 자기장의 세기를 수전 공진기 방향으로 증가시키기 위한 빔 포밍 코일부(121)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the power transmission resonator recognizes a power receiving resonant coil provided in the power receiving resonator and generates a uniform magnetic field, and a frame coil part 110 through a capacitor. And a beam forming coil unit 121 for increasing the strength of the magnetic field generated by the frame coil unit 110 in the direction of the power receiving resonator.

이때, 빔 포일 코일부(121)는 프레임 코일부(110) 내부의 일정 영역에 코일로 형성되는데, 이런 구조는 빔 포밍 코일부(121)로 인해서 코일이 놓인 면(X-Y 평면)에 수직인 방향(Z 방향)으로의 자기장 세기는 약해지지만, 그 면에 평행인 방향(X 또는 Y 방향)으로의 자기장 세기가 증가하여 기존의 스파이럴 구조에 비해 수직 배열된 공진기로의 커플링이 증가할 수 있는 구조이다.In this case, the beam foil coil part 121 is formed as a coil in a predetermined region inside the frame coil part 110, and this structure is a direction perpendicular to the surface (XY plane) on which the coil is placed due to the beam forming coil part 121. The magnetic field strength in the (Z direction) is weakened, but the magnetic field strength in the direction parallel to the plane (X or Y direction) increases, which may increase the coupling to the vertically arranged resonator as compared to the conventional spiral structure. Structure.

프레임 코일부(110)를 구성하는 코일 형태는 경우에 따라 스파이럴, 헬리컬 또는 이 두 구조를 복합시킨 구조가 모두 사용 가능하며, 빔 포밍 코일부(121)를 구성하는 코일 형태 또한 사용하는 시스템에 적절하게 구조를 맞추어서 설계하는 것이 바람직하다.
The coil form constituting the frame coil unit 110 may be a spiral, helical, or a combination of both structures, as appropriate, and may be suitable for a system using the coil form constituting the beam forming coil unit 121. It is desirable to design the structure accordingly.

도 3과 도 4는 도 1에 도시된 송전 공진기에 대한 다른 일 실시예들의 구성을 나타낸 것이다.3 and 4 show the configuration of another embodiment of the power transmission resonator shown in FIG.

도 3은 프레임 코일부 내부에 자성체부를 형성하여 발생되는 자기장의 세기를 증가시킨 구조이고, 도 4는 도 3에 도시된 구조에서 수전 공진기 방향에 위치한 자성체부의 면적을 증가시켜 수전 공진기로의 커플링이 증가할 수 있도록 한 구조로서, 자기장 빔포밍부(120)가 빔 포밍 코일부(121)와 자성체부(122)로 이루어진 구조이다.3 is a structure in which the magnetic field generated by forming a magnetic body inside the frame coil unit is increased, and FIG. 4 is a coupling to the power receiving resonator by increasing the area of the magnetic body located in the direction of the power receiving resonator in the structure shown in FIG. As a structure capable of increasing this, the magnetic field beamforming unit 120 has a structure formed of the beamforming coil unit 121 and the magnetic body unit 122.

즉, 도 2에 도시된 프레임 코일부(110)와 빔 포밍 코일부(121) 사이에 페라이트(ferrite) 등의 고투자율 물질로 이루어진 자성체부(122)를 형성함으로써, 빔 포밍 코일부(121) 뿐만 아니라 자성체부(122)에 의해 수전 공진기 방향으로의 자기장 크기를 더욱 증가시킬 수 있고, 이를 통해 전력 전송 효율을 더욱 더 증가시킬 수 있다.That is, the beam forming coil part 121 is formed between the frame coil part 110 and the beam forming coil part 121 shown in FIG. 2 by forming a magnetic body part 122 made of a high permeability material such as ferrite. In addition, the magnetic body 122 may further increase the size of the magnetic field toward the power receiving resonator, thereby further increasing the power transmission efficiency.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 자성체부(122)를 이루고 있는 자성체 중 수전 공진기 방향에 위치한 자성체의 면적(A)을 다른 부분의 면적보다 더 넓게 형성함으로써, 수전 공진기로의 커플링 계수를 증가시키도록 할 수 있는데, 이때 수전 공진기 방향에 위치한 자성체의 면적은 프레임 코일부(110)가 형성된 영역 등을 고려하여 결정할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 4, the area A of the magnetic body constituting the magnetic body part 122 located in the direction of the power receiving resonator is formed to be wider than that of other parts, thereby increasing the coupling coefficient to the power receiving resonator. In this case, the area of the magnetic body located in the direction of the power receiving resonator may be determined in consideration of an area in which the frame coil unit 110 is formed.

물론, 자성체부를 도 3과 도 4에 도시된 것과 같이 루프 모양으로 형성할 수도 있지만, 이에 한정하지 않고 도 5에 도시된 일 예와 같이, 자성체부(122)를 루프 형태로 형성하지 않고 특정 부분에 일정 면적을 갖도록 형성함으로써, 자기장의 세기를 해당 부분에서 증가시켜 공진기간 커플링 계수를 높일 수도 있다. 나아가, 자성체부를 도 5에 도시된 바와 같이 하나로 형성할 수도 있지만, 두 개, 세 개 등 복수로 형성할 수도 있다.
Of course, the magnetic body portion may be formed in a loop shape as shown in FIGS. 3 and 4, but the present invention is not limited thereto, and as shown in FIG. 5, the magnetic body portion 122 may not be formed in a loop shape. By forming it to have a predetermined area, the strength of the magnetic field can be increased in the corresponding portion to increase the resonance period coupling coefficient. Furthermore, although the magnetic body parts may be formed as one, as shown in FIG. 5, two or three magnetic parts may be formed.

이와 같이, 도 3 내지 도 5는 고투자율 물질로 이루어진 자성체부(122)를 프레임 코일부(110)와 빔 포밍 코일부(121) 사이에 형성하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정하지 않고, 도 6에 도시된 바와 같이, 자성체부(122)를 빔 포밍 코일부(121) 내부 영역에 형성할 수도 있다.3 to 5 have been described as forming the magnetic body portion 122 made of a high permeability material between the frame coil portion 110 and the beam forming coil portion 121, but is not limited thereto. As shown, the magnetic body 122 may be formed in the region inside the beam forming coil unit 121.

즉, 프레임 코일부(110) 내부의 일정 영역에 빔 포밍 코일부(121)를 형성하고, 빔 포밍 코일부(121) 내부 영역에 자성체부(122)를 형성함으로써, 빔 포일 코일부(121)에서 나오는 자기장 세기를 더 증가시킬 수 있기 때문에 공진기간 커플링 계수를 더욱 증가시켜 전력 전송 효율을 더 개선시킬 수 있다.
That is, the beam foil coil part 121 is formed by forming the beam forming coil part 121 in a predetermined area inside the frame coil part 110 and forming the magnetic body part 122 in an area inside the beam forming coil part 121. Because it is possible to further increase the magnetic field strength from, it is possible to further increase the resonance period coupling coefficient to further improve the power transmission efficiency.

본 발명은 도 2 내지 도 6에서 설명한 바와 같이, 자기장 세기를 조절할 수 있는 자기장 빔포밍부(120)를 빔 포밍 코일부(121)와 자성체부(122)를 프레임 코일부(110) 내부에 형성함으로써, 수전 공진기 방향으로의 자기장 세기를 증가시키고, 이를 통해 공진기간 커플링 계수를 증가시켜 전력 전송 효율을 증가시킬 수 있다.As described above with reference to FIGS. 2 to 6, a magnetic field beamforming unit 120 capable of adjusting magnetic field strength is formed in the beam coiling coil unit 121 and the magnetic body unit 122 in the frame coil unit 110. As a result, the magnetic field strength toward the power receiving resonator may be increased, thereby increasing the power transmission efficiency by increasing the resonance period coupling coefficient.

이와 같이, 자기장을 빔 포밍하는 방식으로 전류가 흐르는 도선(코일)을 이용한 와인딩 방식과 페라이트 등의 고투자율 물질을 이용하는 방식을 혼합하여 이룰 수 있는데, 고투자율 물질을 사용하는 방식은 코일의 크기를 작게 하면서 인덕턴스를 증가시키기 때문에 작은 크기의 공진기를 만들 수 있으며, 고투자율 물질의 배치에 따라서 자기장을 원하는 방향으로 유도할 수 있어서 손쉽게 빔 포밍을 할 수 있는 장점이 있다.As such, a method of forming a magnetic field may be achieved by mixing a winding method using a conductive wire (coil) and a method using a high permeability material such as ferrite. Since the inductance is increased while making it small, a small sized resonator can be made, and according to the arrangement of the high permeability material, the magnetic field can be induced in a desired direction, thereby easily forming a beam.

따라서, 코일을 이용한 방식과 혼합하여서 자기장 빔 포밍을 이룰 수도 있지만, 고투자율 물질을 사용하는 자성체부만을 이용하여 자기장 빔 포밍을 이룰 수도 있다.
Therefore, the magnetic field beam forming may be achieved by mixing with the coil-based method, but the magnetic field beam forming may be achieved using only the magnetic body part using the high permeability material.

예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 프레임 코일부(110) 내부의 일정 영역에 일정 형태 예를 들어, 삼각형, 사각형과 같은 다각형, 원형, 타원형 등의 고투자율 물질로 이루어진 자성체부(122)로 자기장 빔포밍부를 형성할 수도 있고, 도 8에 도시된 바와 같이, 프레임 코일부(110) 내부에 프레임 코일부 내측에 인접하도록 루프 형태를 갖는 고투자율 물질로 이루어진 일정 두께를 갖는 자성체부(122)로 자기장 빔포밍부를 형성할 수도 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이, 프레임 코일부(110) 내부에 프레임 코일부 내측에 인접하도록 루프 형태로 자성체부(122)를 형성하되, 수전 공진기 방향에 위치한 자성체의 면적(B)을 다른 부분의 면적보다 더 넓게 형성되는 자성체부로 자기장 빔포밍부를 형성할 수도 있다.For example, as shown in FIG. 7, the magnetic body portion 122 is formed of a high permeability material such as a polygon, a circle, an ellipse, or the like in a predetermined shape, for example, a triangle or a quadrangle, in a predetermined region inside the frame coil unit 110. The magnetic field beamforming part may be formed, and as shown in FIG. 8, the magnetic body part 122 having a predetermined thickness made of a high permeability material having a loop shape so as to be adjacent to the inside of the frame coil part inside the frame coil part 110. The magnetic field beamforming unit may be formed, and as shown in FIG. 9, the magnetic body unit 122 is formed in a loop shape so as to be adjacent to the inner side of the frame coil unit in the frame coil unit 110, and positioned in the direction of the power receiver resonator. The magnetic field beamforming portion may be formed of a magnetic body portion having a larger area B of the magnetic body than that of other portions.

물론, 자기장 빔포밍부를 자성체부만으로 형성할 때, 자성체부의 형태와 형성 위치는 자기장 세기를 크게할 수 있는 형태와 위치로 결정될 수 있으며, 프레임 코일부(110)의 크기와 자성체부(122)의 형성 면적에 따라 그 형태나 형성 위치가 결정되는 것이 바람직하다.Of course, when the magnetic field beamforming part is formed only of the magnetic body part, the shape and the formation position of the magnetic body part may be determined as a shape and a position that can increase the magnetic field strength, and the size of the frame coil part 110 and the magnetic body part 122 It is preferable that the form and formation position are determined according to formation area.

도 7 내지 도 9에서 자성체부를 하나의 영역에만 형성되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정하지 않고 도 10에 도시된 예와 같이, 상이한 형태를 갖는 자성체부(122)를 프레임 코일부(110) 내부 영역에 형성할 수도 있으며, 복수의 자성체부가 형성되는 위치 및 그 형태 또한 도 10에 도시된 형태나 위치로 한정되는 것은 아니다.
7 to 9 illustrate that the magnetic body is formed in only one region. However, the magnetic body 122 having a different shape is disposed in the inner region of the frame coil unit 110 as shown in FIG. 10 without being limited thereto. It may be formed, and the position and form of the plurality of magnetic body portion is also not limited to the form or position shown in FIG.

도 2 내지 도 10에서 상술한 바와 같이, 본 발명에서의 자기장 빔포밍부는 코일로 이루어진 빔 포밍 코일부 또는 고투자율 물질로 이루어진 자성체부 중 적어도 하나를 이용하여 형성하고, 이를 통해 수전 공진기 방향으로의 자기장 세기를 증가시키기 위한 것으로, 고정형으로 형성될 수도 있지만 도 11에 도시된 예와 같이, 이동형으로 형성될 수도 있다.As described above with reference to FIGS. 2 to 10, the magnetic field beamforming part in the present invention is formed by using at least one of a beam forming coil part made of a coil or a magnetic body part made of a high permeability material, and thus, the magnetic field beamforming part is formed in the direction of the power receiving resonator. In order to increase the magnetic field strength, it may be formed as a fixed type, but may be formed as a movable type, as shown in the example shown in FIG.

즉, 프레임 코일부(110)가 고정된 상태로 수전 공진기의 공진 코일을 인식하고, 자기장 빔포밍부(120)를 구성하는 빔 포밍 코일부(121)와 자성체부(122)를 이동시키면 수전 공진 코일과 송전 공진 코일 사이의 커플링 계수가 증가하여 좀 더 효율적으로 전력 전송이 가능하다.That is, when the resonant coil of the power receiving resonator is recognized with the frame coil unit 110 fixed, and the beam forming coil unit 121 and the magnetic body 122 constituting the magnetic field beam forming unit 120 are moved, the power receiving resonance is performed. The coupling coefficient between the coil and the transmission resonant coil is increased to allow more efficient power transfer.

물론, 자기장 빔포밍부를 구성하는 빔 포밍 코일부(121)와 자성체부(122) 중 어느 하나만을 이동형으로 구성할 수도 있다.
Of course, only one of the beam forming coil part 121 and the magnetic body part 122 constituting the magnetic field beam forming part may be configured to be movable.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 송전 공진기에 자기장 세기를 증가시킬 수 있는 자기장 빔포밍부를 통해 공진기간 커플링 계수를 증가시킬 수 있는데, 송전 공진기의 구조를 기존 구조 그대로 사용하고 수전 공진기에 상술한 도2 내지 도 11의 구조를 적용함으로써, 공진기간 커플링 계수를 증가시킬 수도 있다.As described above, in the present invention, the resonance period coupling coefficient may be increased through the magnetic field beamforming unit which may increase the magnetic field strength of the power transmission resonator. By applying the structures of 2 to 11, the resonance period coupling coefficient may be increased.

예컨대, 도 9에 도시된 구조를 수전 공진기에 적용할 수 있는데, 도 9의 구조를 수전 공진기에 적용한다 가정하면, 수전 공진기에 자성체부를 추가함으로써, 송전 공진기로부터 수신되는 전력 수신양을 증가시킬 수 있는 구조이다. 즉, 송전 공진부로부터 전송되는 전력을 수신하는 수신 코일부와, 수신 코일부 내부 영역에 형성되는 자성체로 이루어진 자성체부를 포함하도록 구성할 수 있다.For example, the structure shown in FIG. 9 may be applied to the power receiving resonator. Assuming that the structure of FIG. 9 is applied to the power receiving resonator, by adding a magnetic body to the power receiving resonator, the amount of power received from the power transmission resonator may be increased. It is a structure. That is, it may be configured to include a receiving coil unit for receiving power transmitted from the power transmission resonator and a magnetic body made of a magnetic material formed in the inner region of the receiving coil unit.

이런 구조는 TV, 모니터 등의 전자 제품에 무선 전력 전송 시스템을 적용시켜 전력을 수전할 때 모니터의 가운데 부분이 도체로 막혀있기 때문에 자기장의 법선 성분이 상쇄되게 되는데, 이를 해결하기 위해 자성체 등의 고투자율 물질을 모니터 전면에 사용하면 두께도 두꺼워지고 가격과 무게가 증가하여 사용하기 어렵게 때문이다.This structure cancels the normal component of the magnetic field because the middle part of the monitor is blocked by a conductor when receiving power by applying a wireless power transmission system to electronic products such as TVs and monitors. The use of permeable materials on the front of the monitor also makes them difficult to use due to their thicker thickness and increased cost and weight.

따라서, 도 9와 같이 모니터 겉면에 수[cm] 정도의 자성체부를 두어서 자기장을 받아들이게 되면 넓은 면적의 페라이트를 사용하지 않고도 전력 전송 효율을 보장할 수 있게 된다.Accordingly, as shown in FIG. 9, when a magnetic field part of about [cm] is placed on the outside of the monitor to receive a magnetic field, power transmission efficiency can be guaranteed without using a ferrite having a large area.

이때, 송전 공진기는 상술한 바와 같이, 빔 포밍 구조를 사용하여 모니터의 바깥쪽으로 자기장이 강하게 발생할 수 있도록 만들어 주는 것이 바람직하다.
At this time, the power transmission resonator, as described above, it is preferable to make a strong magnetic field to the outside of the monitor using a beam forming structure.

나아가, 송전 공진기와 수전 공진기 모두에 상술한 도 2 내지 도 11의 구조를 적용시킬 수도 있다는 것은 상술한 내용을 토대로 당업자에게 자명하다.
Furthermore, it will be apparent to those skilled in the art based on the foregoing that the structure of FIGS. 2 to 11 described above can be applied to both the power transmission resonator and the power reception resonator.

본 발명에 의한, 무선 전력 전송용 공진 코일 구조는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
The resonant coil structure for wireless power transmission according to the present invention can be modified and applied in various forms within the scope of the technical idea of the present invention and is not limited to the above embodiments. In addition, the embodiments and drawings are merely for the purpose of describing the contents of the invention in detail, not intended to limit the scope of the technical idea of the invention, the present invention described above is common knowledge in the technical field to which the present invention belongs As those skilled in the art can have various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention, it is not limited to the above embodiments and the accompanying drawings, of course, and not only the claims to be described below but also claims Judgment should be made including scope and equivalence.

100: 송전 공진기
200: 수전 공진기
110: 프레임 코일부
120: 자기장 빔포밍부
121: 빔 포밍 코일부
122: 자성체부100: power transmission resonator
200: faucet resonator
110: frame coil part
120: magnetic field beam forming unit
121: beam forming coil unit
122: magnetic body part

Claims (10)

무선 전력 전송용 공진 코일 구조에 있어서,
상대 공진기의 공진 코일을 인식하며, 균일한 자기장을 발생시키는 프레임 코일부; 및
상기 상대 공진기가 위치한 방향으로의 자기장 세기를 증가시켜 커플링 계수를 증가시키는 자기장 빔포밍부를 포함하고,
상기 자기장 빔포밍부는 상기 프레임 코일부 내부의 일부 영역에 형성되는 코일로 이루어진 빔 포밍 코일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 공진 코일 구조.In the resonance coil structure for wireless power transmission,
A frame coil unit recognizing a resonant coil of the relative resonator and generating a uniform magnetic field; And
A magnetic field beamforming unit for increasing a coupling coefficient by increasing a magnetic field strength in a direction in which the relative resonator is located;
The magnetic field beamforming unit includes a beamforming coil unit formed of a coil formed in a portion of the inside of the frame coil unit. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 자기장 빔포밍부는
상기 빔 포밍 코일부 내부 영역에 형성되는 자성체로 이루어진 자성체부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 공진 코일 구조.The method of claim 1,
The magnetic field beamforming unit
Magnetic part made of a magnetic material formed in the inner region of the beam forming coil part
Resonant coil structure for wireless power transmission further comprising. 제1항에 있어서,
상기 자기장 빔포밍부는
상기 프레임 코일부 내측에 인접하여 루프 형태로 형성되는 자성체로 이루어진 자성체부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 공진 코일 구조.The method of claim 1,
The magnetic field beamforming unit
Magnetic body portion made of a magnetic body formed in a loop shape adjacent to the inside of the frame coil portion
Resonant coil structure for wireless power transmission further comprising. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 자기장 빔포밍부는
상기 프레임 코일부 내부에서 상기 상대 공진기가 위치한 방향 측에 기 설정된 형태를 갖는 적어도 하나 이상의 자성체로 이루어진 자성체부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 공진 코일 구조.The method of claim 1,
The magnetic field beamforming unit
Magnetic body portion made of at least one magnetic material having a predetermined form on the side of the direction in which the relative resonator is located in the frame coil portion
Resonant coil structure for wireless power transmission further comprising. 제1항에 있어서,
상기 자기장 빔포밍부는
상기 프레임 코일부 내부에서 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 공진 코일 구조.The method of claim 1,
The magnetic field beamforming unit
Resonant coil structure for wireless power transmission, characterized in that the movement within the frame coil unit. 제1항에 있어서,
상기 자기장 빔포밍부는
상기 프레임 코일부와 결선되도록 형성되거나 독립적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 공진 코일 구조.The method of claim 1,
The magnetic field beamforming unit
Resonant coil structure for wireless power transmission, characterized in that formed to be connected to the frame coil unit or independently. 제1항에 있어서,
상기 자기장 빔포밍부는
상기 프레임 코일부 내부 영역에 형성되는 자성체로 이루어진 자성체부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 공진 코일 구조.The method of claim 1,
The magnetic field beamforming unit
Magnetic body portion made of a magnetic body formed in the inner region of the frame coil portion
Resonant coil structure for wireless power transmission further comprising. 프레임 코일부에서, 수전 공진기의 공진 코일을 인식하여 균일한 자기장을 발생시키는 단계; 및
상기 프레임 코일부 내부의 일부 영역에 형성되는 코일로 이루어진 빔 포밍 코일부를 포함한 자기장 빔포밍부에서, 상기 수전 공진기가 위치한 방향으로의 자기장 세기를 증가시켜 커플링 계수를 증가시키는 단계를 포함하여 무선 전력을 전송하되,
상기 수전 공진기에서 수신 코일 내부 영역에 형성된 자성체를 이용하여 상기 무선 전력을 수신하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
In the frame coil unit, recognizing a resonant coil of the power receiving resonator to generate a uniform magnetic field; And
In the magnetic field beamforming unit including a beam forming coil unit formed of a coil formed in a part of the inside of the frame coil unit, increasing the magnetic field strength in the direction in which the faucet resonator is located to increase the coupling coefficient. Transfer power,
And receiving the wireless power using a magnetic material formed in a region inside a receiving coil in the faucet resonator.
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