KR101338769B1 - 무선전력 수신장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 무선전력 전송장치는 전력이 발생되는 송신 유도 코일과, 고유의 공진 주파수를 가지고 상기 송신 유도 코일과 자기 유도에 의해 공진을 일으켜 비방사형 전파를 발생시키는 송신 공진 코일을 포함하는 송신 코일부와, 상기 송신 코일부와 동일한 공진 주파수로 전력을 수신받는 수신 공진 코일과, 수신 공진 코일로부터 전력이 유도되는 수신 유도 코일을 포함하는 수신 코일부와, 상기 수신 코일부의 일측에 배치된 와류 방지부를 포함할 수 있다.일정 전력을 제공하는 송신 코일부와, 상기 송신 코일부로부터 무선 전력을 수신받는 수신 코일부와, 상기 수신 코일부의 일측에 배치된 와류 방지부를 포함한다.
상기와 같은 발명은 자기 공명 방식에 의해 무선 충전을 수행함으로써, 먼 거리에서도 안정적으로 충전을 수행할 수 있는 효과가 있다.수신 코일부의 후단에 와류 발생부를 배치함으로써, 수신 코일부에서 발생되는 자기장이 금속체와 와류 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

무선전력 수신장치{WIRELESS ENERGY RECEIVER}

본 발명은 무선 전력 수신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 효율을 향상시키기 위한 무선 전력 수신 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 기술을 무선전력전송 기술(Wireless Energy Transfer)이라 한다.

이러한 무선전력 전송기술은 전자기 유도 원리를 이용한 전기 모터, 변압기 등에 사용되었으며, 그 이후로 라디오 전파나 전동 칫솔, 무선 면도기 등에 적용되고 있다.

이를 위해 무선전력 전송장치는 송신측 코일로부터 전력이 수신측 코일에 전달되어 부하에 전달된다.

하지만, 종래 무선전력 전송기술은 전자기 유도 원리를 이용하기 때문에 무선 충전을 수행하기 위한 거리의 한계가 있다.

또한, 종래 무선전력 전송장치에는 금속체로 이루어진 다수의 부품들 또는 자기장 차폐를 위한 금속 차폐부재체가 탑재되기 때문에 수신 코일에 흐르는 자속이 금속체에 흡수되어 전송 효율이 떨어지는 문제점이 발생된다.

또한, 금속체에 자속이 흡수되면 금속체에 발열이 발생되고, 이로 인해 수신측 부품들의 불량을 발생시키는 문제점이 발생된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 무선 충전을 위한 거리를 향상시키기 위한 무선전력 수신장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 수신부의 금속체로부터 와류 현상이 발생되는 것을 방지하기 위한 무선전력 수신장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 수신부 내의 발열을 방지하여 제품의 불량이 발생되는 것을 방지하기 위한 무선전력 수신장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 무선전력 수신장치는 전력이 발생되는 송신 유도 코일과, 고유의 공진 주파수를 가지고 상기 송신 유도 코일과 자기 유도에 의해 공진을 일으켜 비방사형 전파를 발생시키는 송신 공진 코일을 포함하는 송신 코일부와, 상기 송신 코일부와 동일한 공진 주파수로 전력을 수신받는 수신 공진 코일과, 수신 공진 코일로부터 전력이 유도되는 수신 유도 코일을 포함하는 수신 코일부와, 상기 수신 코일부의 일측에 배치된 와류 방지부를 포함할 수 있다.

본 발명은 자기 공명 방식에 의해 무선 충전을 수행함으로써, 먼 거리에서도 안정적으로 충전을 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 수신 코일부의 후단에 와류 발생부를 배치함으로써, 수신 코일부에서 발생되는 자기장이 금속체와 와류 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 와류 발생부의 중심 영역에 돌출부를 형성함으로써, 보다 효과적으로 와류 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 와류 발생부의 가장자리에 돌출부를 형성함으로써, 수신 코일부 가장자리에 형성된 자기장이 금속체와 와류가 발생되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템의 자기장의 흐름을 나타낸 단면도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 변형 예에 따른 무선전력 전송 시스템를 나타낸 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템의 자기장의 흐름을 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템는 송신부(1000)와, 상기 송신부(1000)로부터 무선 전력을 수신받는 수신부(2000)와, 상기 수신부(2000)로부터 수신된 전력의 와류를 방지하는 와류 방지부(600, 700)를 포함한다.

송신부(1000)는 송신 코일부(100)와, 전원부(200)를 포함할 수 있다.

송신 코일부(100)는 전원부(200)로부터 공급된 전력을 자기 공진 현상에 의해 전력을 송신하는 역할을 하며, 송신 유도 코일(미도시120)과 송신 공진 코일(미도시140)을 포함할 수 있다.

송신 유도 코일(120)에는 일정 전력이 인가되도록 전원부(200)가 연결될 수 있으며, 전원부(200)로부터 인가된 전력은 송신 공진 코일(140)과 전자기 유도 방식에 의해 전력이 인가될 수 있다.

송신 공진 코일(140)은 송신 유도 코일(120)과의 자기 유도에 의한 공진에 의해 비방사형 전자파를 발생시킬 수 있으며, 송신 공진 코일(140)의 일측에는 공진 주파수를 조절하기 위한 가변 소자(미도시) 예컨대, 커패시터가 구비될 수 있다.

전원부(200)는 송신 코일부(100)에 연결될 수 있으며, 송신 코일에 공급된 전력은 송신 공진 코일을 통해 수신부(2000)로 무선 전송될 수 있다.

전원부(200)는 소정 주파수의 교류 전력을 제공하는 교류 전력 소스이다.

자기 공진에 의한 전력 전송은 임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로간에 전력이 전송되는 현상으로써, 전자기 유도에 의한 전력 전송보다 먼 거리까지 높은 효율로 전력을 전송할 수 있다.

수신부(2000)는 수신 코일부(300)와, 정류부(400)와, 부하부(500)를 포함할 수 있다.

수신 코일부(300)는 송신부(1000)로부터 무선 전송된 전력을 수신받는 역할을 하며, 수신 유도 코일(미도시320)과 수신 공진 코일(미도시340)을 포함할 수 있다

수신 공진 코일(340)은 송신 공진 코일(140)에서 전송된 전력을 수신하며, 수신된 전력은 자기 공명 방식에 의해 유도될 수 있다. 여기서, 수신 공진 코일(340)에는 공진 주파수를 조절하기 위해 별도의 가변 소자가 더 구비될 수 있으며, 가변 소자는 송신 공진 코일(340) 또는 수신 공진 코일(140)의 어느 일측에만 구비될 수 있다.

상기와 같이 수신 공진 코일(340)에 유도된 전력은 수신 유도 코일(320)로 전자기 유도 방식에 의해 전력이 전송될 수 있다.

송신부(1000)로부터 송신된 전력은 수신용 공진 코일에 의해 수신되어 수신용 공진 코일에 전류가 흐르게 되며, 수신용 공진 코일로 전달된 전력은 전자기 유도에 의해 수신 코일로 전달될 수 있다.

정류부(400)는 수신 유도 코일 부(300320)로부터 수신된 전력을 정류되어 부하부(500)로 전달시킨다.

부하부(500)는 충전지 또는 기타 전력을 필요로 하는 임의의 장치일 수 있다.

상기와 같이, 비방사형 에너지 전송 기술인 자기 공명형 무선 전력 전송 방식은 종래 전자기 유도 방식보다 멀리 전력을 전송할 수 있으며, 이로부터 높은 전송 효율을 얻을 수 있다.

특히, 자기 공명형 무선 전력 전송 방식은 공진 주파수가 동일할 때만 에너지가 전달되고, 사용하지 않는 에너지는 재흡수되기 때문에 다른 전자파와 달리 주변의 기계나 인체에 무해한 효과가 있다.

한편, 수신 코일부(300)와 일측에는 본 발명에 따른 제1 와류 방지부(600)가 구비될 수 있다.

제1 와류 방지부(600)는 전력을 수신받는 수신 코일부(300)의 후단에 배치될 수 있으며, 원형, 다각 플레이트 형상으로 형성될 수 있다.

제1 와류 방지부(600)는 센더스트(Sendust), 페라이트(Ferrite) 등의 연자성체로 형성될 수 있으며, 이로부터 수신부 내부의 금속 차폐부재 체(800)와의 와류 발생을를 효과적으로 방지할 수 있다.

제1 와류 방지부(600)는 수신 코일부(300)의 후단에 자기장이 발생되는 영역을 모두 덮도록 충분히 크게 형성될 수 있으며, 1mm 내지 2mm 의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.

제1 와류 방지부(600)가 1mm 미만으로 형성될 경우, 그 두께가 매우 얇아 자기장의 와류를 방지하기 어려우며, 제1 와류 방지부(600)가 2mm 초과하여 형성될 경우, 그 두께가 매우 두꺼워져 수신부 내에 수납하기 어려운 문제점이 있다.

이와 마찬가지로, 송신 코일부(1000)의 일측에는 제2 와류 방지부(700)가 더 구비될 수 있다.

제2 와류 방지부(700)는 송신 코일부(100)의 후단에 배치될 수 있으며, 제1 와류 방지부(600)와 동일한 재질 및 형상으로 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 송신 코일부(100)로부터 자기 공명 방식으로 전력이 전송되면, 전송된 전력은 수신 공진 코일(340)을 거쳐 수신 유도 코일(320)로 전송된다.

이때, 송신 유도 코일(120)의 일측에는 제2 와류 방지부(700)가 배치되어 자기장에 의해 와류가 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 이로부터 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

전원부(200)로부터 전력이 송신 코일부(100)로 인가되면, 송신 코일부(100)는 무선 방식을 통해 전력을 수신 코일부(300)로 전송할 수 있다.

여기서, 송신 코일부(100)의 일측에는 제2 와류 방지부(700)가 배치되어 송신부(1000) 내부에 구비된 금속체(800)로부터 와류가 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 이로부터 수신부(2000)로의 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

송신 코일부(100)로부터 전송 효율이 높은 전력이 수신 코일부(300)로 공급되면 수신 코일부(300)는 전력을 정류하여 부하부(500)로 전력을 전송하게 된다.

이때, 수신 코일부(300)로 전송된 전력은 제1 와류 방지부(600)에 의해 금속 차폐부재(800)와 와류가 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 이로부터 전송된 전력을 안정적으로 사용할 수 있다.

또한, 이와 함께 금속 차폐부재(800)와의 자기장 간섭을 방지하여 금속 차폐부재(800)에서 열이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 수신 코일부(300)에 전송된 전력은 제1 와류 방지부(600)에 의해 수신부(2000) 내부의 금속체(800)로 자기장이 유도되는 것을 방지할 수 있으며, 이로부터 전송 효율을 향상시키는 동시에 금속체(800)로부터 열이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

상기에서는 와류 방지부(600, 700)를 플레이트 형상으로 형성하였지만, 이에 한정되지 않고 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 와류 발생부(600)는 수신 코일부(300)의 후단에 배치될 수 있으며, 플레이트부(620)와, 제1 돌출부(640)를 포함할 수 있다.

여기서, 송신 코일부의 후단에는 제2 와류 발생부가 더 배치될 수 있으며, 제1 와류 발생부와 동일한 형상으로 형성될 수 있다.

플레이트부(620)는 제1 수신 코일부(300)의 후단에 배치될 수 있으며, 플레이트부(620)의 중심부에는 플레이트부(620)의 하부를 향해 돌출되도록 제1 돌출부(640)가 형성될 수 있다.

제1 돌출부(640)는 제1 수신 코일부(300)의 중심부 내측에 배치될 수 있도록 일정 길이로 연장 형성되며, 원형, 다각 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

통상, 제1 수신 코일부(300)에 흐르는 자기장은 중심부의 자기장의 세기가 주변 영역의 자기장의 세기보다 강하다. 이로 인해 제1 수신 코일부(300)의 내측에 배치되도록 제1 와류 발생부(600)를 배치하면 보다 효과적으로 금속체(800)와의 와류를 방지할 수 있게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 와류 발생부(600)는 수신 코일부(300)의 후단일측에 배치될 수 있으며, 플레이트부(620)와, 제2 돌출부(660)를 포함할 수 있다

플레이트부(620)는 수신 코일부(300)의 후단에 배치될 수 있으며, 제2 돌출부(660)는 플레이트부(620)의 가장자리를 따라 형성되어 플레이트부(620)의 하단으로 연장 형성될 수 있다.

제2 돌출부(660)는 플레이트 형상에 따라 원형 다각 형상으로 이루도록 형성될 수 있으며, 제2 돌출부(660)는 수신 코일부(300)의 측면을 감싸도록 형성되는 길이로 형성될 수 있다.

이로부터 수신 코일부(300)에 흐르는 자기장이 수신 코일부(300)의 측면을 통해 금속체(800)와의 와류가 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 이로부터 와류 방지에 의한 전송 효율이 향상될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 와류 발생부(600)는 수신 코일부(300)의 후단에 배치될 수 있으며, 플레이트부(620)와, 제1 돌출부(640)와, 제2 돌출부(660)를 포함할 수 있다

제1 돌출부(640)는 플레이트부(620)의 하부를 향해 돌출 형성되며, 이로 인해 제1 돌출부(640)는 수신 코일부(300)의 내측에 배치될 수 있다.

제2 돌출부(660)는 플레이트부(620)의 하부 가장자리를 따라 형성되며, 이로 인해 제2 돌출부(660)는 수신 코일부(300)의 측면을 둘러싸도록 형성될 수 있다.

상기와 같이 제1 와류 발생부(600)는 수신 코일부(300)의 중심부와 가장자리 영역에 흐르는 자기장이 금속체(800)로 흐르는 것을 방지하여 금속체(800)와의 와류 발생을 방지할 수 있다.

상기에서는 제1 와류 발생부(600)에 대해 설명하였지만, 제2 와류 발생부(700)도 앞서 설명한 바와 같은 제1 와류 발생부(600)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 자기 공명 방식에 의해 전력을 전송함으로써, 먼 거리에서도 안정적으로 전력을 수급할 수 있는 효과가 있다.

이와 함께, 본 발명은 자성체를 구비함으로써, 금속 차폐부재와의 자기장 간섭을 방지하여 보다 높은 효율의 전력을 가지도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 자성체를 구비함으로써, 전자 기기 내부에 자기장으로 인한 파손을 방지할 수 있다.

상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.

100: 송신 코일부 200: 전원부
300: 수신 코일부 400: 정류부
500: 부하부 600: 제1 와류 방지부
700: 제2 와류 방지부 800: 금속체

Claims (9)

1. 무선전력 송신장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선전력 수신장치로서,
   자기장을 흡수하고 상기 자기장에 기인한 와류를 발생시키는 금속체;
   상기 금속체의 아래에 배치되고 상기 무선전력 송신장치의 송신 공진 코일과 공진 결합되어 전력을 수신하는 수신 공진 코일;
   상기 수신 공진 코일과 이격되어 배치되며, 상기 수신 공진 코일과 커플링되어 전력을 수신하는 수신 유도 코일- 상기 수신 공진 코일 및 상기 수신 유도 코일은 상기 자기장을 발생시킴-;
   상기 금속체의 위에 배치되어 상기 수신 유도 코일로부터의 전력을 공급받는 부하; 및
   상기 금속체와 상기 수신 유도 코일 사이에 배치되고, 상기 자기장의 흡수를 방지하고 상기 와류를 방지하기 위한 와류 방지부
   를 포함하고,
   상기 와류 방지부는 상기 수신 공진 코일 및 상기 수신 유도 코일을 감싸는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 와류 방지부는 연자성체를 포함하는 무선전력 수신장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 와류 방지부는 플레이트 형상으로 형성되는 무선전력 수신장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 와류 방지부는 상기 수신 공진 코일 및 상기 수신 유도 코일의 내측으로 연장되는 제1 돌출부가 형성되는 무선전력 수신장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 와류 방지부는 상기 수신 공진 코일 및 상기 수신 유도 코일을 감싸도록 연장되는 제2 돌출부를 포함하는 무선전력 수신장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 와류 방지부의 두께는 1mm 내지 2nm인 무선전력 수신장치.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 수신 공진 코일의 공진 주파수를 조절하는 가변 소자를 더 포함하는 무선전력 수신장치.

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