KR101369157B1 - 자기유도를 이용한 무선전력 전송장치 - Google Patents

자기유도를 이용한 무선전력 전송장치 Download PDF

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Abstract

본 실시예는, 소정의 폭과 길이를 가지는 제1 코어와, 제1 코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 제1 보조 코어를 포함하되, 다수의 제1 보조 코어의 타단은 제1 코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 제1 코어를 감싸는 형상으로 구비되는 송신 코어부; 및 제1 코어에 제1 코어의 폭 방향으로 권취되고 교류전원을 인가받아 자기파를 생성하는 제1 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송을 의한 송신장치를 제공한다.

Description

자기유도를 이용한 무선전력 전송장치{Wireless Power Transfer Apparatus by Using Magnetic Induction}
본 실시예는 자기유도를 이용한 무선전력 전송장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 교류전류가 입력되는 코일을 통해 자기장을 유도하여 원격으로 전력을 전송하는 무선전력 전송장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 들어 사용자들의 휴대가 가능한 전자기기의 선호도가 증가하고 있으며, 이러한 휴대용 전자기기는 사용자들에게 유비쿼터스 환경을 제공하기 위한 필수 요소가 되었다. 한편, 현재 휴대용 전자기기의 전원공급은 대부분 충전기를 이용한 배터리 충전 방식이 사용되고 있다. 이 경우, 휴대용 전자기기를 충전하기 위해 별도의 충전기를 구비하고 있어야 한다는 문제점이 존재하며 이에 충전기의 소지 여부와 관계없이 무선을 통해 전력을 제공함으로써 배터리를 충전시킬 수 있는 무선 충전 기술이 지속적으로 연구되고 있다.
무선 충전 기술은 크게 자기유도 방식, 자기 공명 방식 및 전자기파 방식으로 구분할 수 있다. 자기유도 방식은 송신부에서 교번하는 자기장을 발생시키고, 이를 통해 수신부에서 자기장의 변화에 따라 전류가 유도되게 함으로써 에너지를 만들어 내는 방식이다. 자기 공명 방식은 송신부에서 전력을 공진하는 전자기장으로 변환하여 송신하고, 수신부에서 동일한 공진 주파수를 가진 공진코일을 이용하여 전력을 수신하는 방식이다. 마지막으로 전자기파(RF) 방식은 전력 에너지를 무선 전송에 유리한 마이크로파로 변환시켜 에너지를 전송하는 방식이다. 이중 근거리 무선전력 방식으로 자기유도 방식이 주로 사용되고 있으나 송신부에서 발생한 자기파가 수신부로 제대로 전송되지 않는 경우가 발생하여 무선전력 전송 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
본 실시예는, 소정의 폭과 길이를 가지는 주코어와, 주코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 보조 코어 및 주코어에 귄취되는 코일을 포함하되, 다수의 보조 코어의 타단은 주코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 주코어를 감싸는 형상으로 구비되는 송신장치 및 수신장치를 통해 송신장치에서 발생하는 자기장의 자기경로를 유도함으로써 송신장치와 수신장치 간의 전송 효율을 증가시키고자 하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예는, 소정의 폭과 길이를 가지는 제1 코어와, 상기 제1 코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 제1 보조 코어를 포함하되, 상기 다수의 제1 보조 코어의 타단은 상기 제1 코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 상기 제1 코어를 감싸는 형상으로 구비되는 송신 코어부; 및 상기 제1 코어에 상기 제1 코어의 폭 방향으로 권취되고 교류전원을 인가받아 자기파를 생성하는 제1 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송을 의한 송신장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 소정의 폭과 길이를 가지는 제2 코어와, 상기 제2 코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 제2 보조 코어를 포함하되, 상기 다수의 제2 보조 코어의 타단은 상기 제2 코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 상기 제2 코어를 감싸는 형상으로 구비되는 수신 코어부; 및 상기 제2 코어에 상기 제2 코어의 폭 방향으로 권취되고 송신장치에서 발생하여 상기 제2 코어에 전달되는 자기파를 이용하여 유도 기전력을 형성하는 제2 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송을 위한 수신장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 소정의 폭과 길이를 가지는 제1 코어와, 상기 제1 코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 제1 보조 코어 및 상기 제1 코어에 귄취되고 교류전원을 인가받아 자기파를 생성하는 제1 코일을 포함하되, 상기 다수의 제1 보조 코어의 타단은 상기 제1 코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 상기 제1 코어를 감싸는 형상으로 구비되는 송신장치; 및 소정의 폭과 길이를 가지는 제2 코어와, 상기 제2 코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 제2 보조 코어 및 상기 제2 코어에 귄취되고 상기 제1 코일로부터 발생한 자기파를 이용하여 유도 기전력을 형성하는 제2 코일을 포함하되, 상기 다수의 제2 보조 코어의 타단은 상기 제2 코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 상기 제2 코어를 감싸는 형상으로 구비되는 수신장치를 포함하되, 상기 송신장치 및 상기 수신장치는 기 설정된 거리를 두고 위치하며 상기 송신장치와 상기 수신장치 사이의 중심선을 기준으로 서로 대칭되어 상기 제1 코어의 타단과 상기 제2 코어의 타단이 서로 마주보는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 소정의 폭과 길이를 가지는 주코어와, 상기 주코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 보조 코어 및 상기 주코어에 귄취되는 코일을 포함하되, 상기 다수의 보조 코어의 타단은 상기 주코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 상기 주코어를 감싸는 형상으로 구비되는 제1 내지 제N 전달부; 및 내측면에 상기 제1 내지 제N 전달부가 위치하는 오목거울 형태의 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.
본 실시예에 의하면, 소정의 폭과 길이를 가지는 주코어와, 주코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 보조 코어 및 주코어에 귄취되는 코일을 포함하되, 다수의 보조 코어의 타단은 주코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 주코어를 감싸는 형상으로 구비되는 송신장치 및 수신장치를 통해 송신장치에서 발생하는 자기장의 자기경로를 유도시킴으로써 송신장치와 수신장치 간의 전송 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 무선전력 전송장치의 송신장치 및 수신장치를 정면에서 바라본 정면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치를 구동하기 위한 회로도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
자기유도 방식은 인접한 두 개의 코일 중 어느 한쪽의 코일에 전류를 인가시켜 자기장을 발생시키고, 발생한 자기장을 매개로 다른 쪽 코일에 유도 기전력을 발생시키는 방식이다. 한편, 본 실시예에 따른 무선전력 전송장치는 자기유도 방식을 기반으로 하되 소정의 폭과 길이를 가지는 주코어와, 주코어에 권취되는 코일 및 주코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 보조 코어를 포함하는 송신장치 및 수신장치를 이용하여 송신장치에서 발생하는 자기파의 자기경로를 유도하고, 이를 통해 송신장치와 수신장치 간의 전송 효율을 증가시키기 위한 장치이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)를 도시한 도면이다. 한편, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)를 측면에서 바라본 측면도를 도시하였다.
도 1에 도시하듯이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)는 송신 코어부(116) 및 제1 코일(118)을 포함하는 송신장치(110) 및 수신 코어부(126) 및 제2 코일(128)을 포함하는 수신장치(120)를 포함한다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)의 송신장치(110) 및 수신장치(120)는 기 설정된 거리를 두고 위치하며 송신장치(110)와 수신장치(120) 사이의 중심선을 기준으로 서로 대칭되어 송신 코어부(116) 내 제1 코어(112)의 타단과 수신 코어부(126) 내 제2 코어(122)의 타단이 서로 마주보는 형태로 구비된다. 이때, 송신장치(110) 및 수신장치(120)는 기 설정된 거리는 전송하고자 하는 전력의 양과 전송효율에 따라 사전에 계산되어 설정된다.
송신장치(110)는 제1 코어(112) 및 제1 보조 코어(114)를 포함하는 송신 코어부(116) 및 제1 코일(118)로 구성되며 제1 코일(118)에 교류전류가 인가되는 경우 자기파를 생성하고, 이를 통해 수신장치(120)의 제2 코일(128)에서 유도 기전력이 형성되도록 유도한다.
제1 코어(112)는 소정의 폭과 길이를 가지며 제1 코어(112)에 권취되어 있는 제1 코일(118)에서 자기파가 생성되는 경우, 공기의 저항 등으로 인해 발생할 수 있는 자기파의 감쇄를 최대한 방지하기 위한 장치로써 순철, 규소강, 규소강대 철-알루미늄 합금, 철-규소-알루미늄 합금, 철-니켈 합금 등의 재질로 이루어진 박강판을 겹쳐 쌓아서 제작될 수 있다. 즉, 제1 코어(112)는 자기파의 감쇄를 방지하여 수신장치(120)에 유도되는 유도 기전력의 양을 증가시킨다
다수의 제1 보조 코어(114)는 다수의 제1 보조 코어(114)의 각 일단이 제1 코어(112)의 길이 방향의 일단에 모여 연결되며, 다수의 제1 보조 코어(114)의 타단이 제1 코어(112)의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되는 형태로 구현되어 제1 코어(112)를 감싸는 형상을 이룬다. 한편, 다수의 제1 보조 코어(114)의 각 일단이 제1 코어(112)의 길이 방향의 일단에 모여 연결되는 방법은 특정 방법에 한정되지 않고 다수의 제1 보조 코어(114)의 각 일단이 제1 코어(112)의 길이 방향의 일단에 모여 연결될 수 있다면 어떠한 방법이라도 사용될 수 있다.
또한, 다수의 제1 보조 코어(114)는 각각의 제1 보조 코어(114)의 일단으로부터 제1 코어(112)의 길이 방향으로 만곡된 형태로 구현된다. 즉, 제1 보조 코어(114)의 길이 방향의 형상은 제1 보조 코어(114)의 일단으로부터 타단으로 갈수록 제1 보조 코어(114)와 제1 코어(112)의 거리의 증가율이 점차 감소하는 형상을 가진다.
한편, 다수의 제1 보조 코어(114)는 다수의 제1 보조 코어(114)를 만곡된 형태로 유지시키고, 제1 보조 코어(114)의 타단이 제1 코어(112)의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 형태로 유지되도록 하는 제1 지지대(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 다수의 제1 보조 코어(114)는 수신장치(120)의 다수의 제2 보조 코어(124)로부터 전달된 자기파가 다수의 제1 보조 코어(114)로 수신되어 제1 코어(112) 및 제2 코어(122) 사이에 전달되는 자기파의 경로를 포함하여 전체 자기경로가 형성되도록 한다. 한편, 제1 보조 코어(114), 제2 보조 코어(124)가 포함되지 않고 제1 코어, 제2 코어만으로 각각 전송장치 및 수신장치가 구현된 전자기 유도방식의 무선전력 전송장치의 경우 송신장치로부터 생성된 자기파가 수신장치에 제대로 전송되지 않는 경우가 발생하여 무선전력 전송의 효율이 떨어지게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 본 발명에 따른 무선전력 전송장치(100)는 송신장치(110)에 다수의 제1 보조 코어(114) 및 수신장치(120)에 다수의 제2 보조 코어(124)를 추가적으로 구비함으로써, 제1 코일(118)에서 생성된 자기파가 제2 코어(122)의 타단으로 전달되고, 제2 코어(122)의 타탄으로 전달된 자기파가 제2 코어(122)의 일단을 통해 다시 다수의 제2 보조 코어(124)의 일단에 전달되고, 다수의 제2 보조 코어(124)의 일단에 전달된 자기파가 다시 다수의 제2 보조 코어(124)의 타단을 통해 다수의 제1 보조 코어(114)의 타단으로 수신되어 제1 코어(112) 및 제2 코어(122) 사이에 전달되는 자기파의 경로를 포함하여 전체 자기경로가 형성되도록 한다. 이를 통해 제1 코일(118)에서 생성된 자기파가 제2 코어(122)에 정확하게 전달되도록 유도한다. 즉, 본 발명에 따른 다수의 제1 보조 코어(114)는 다수의 제2 보조 코어(124)로부터 전달된 자기파가 다수의 제1 보조 코어(114)로 수신되어 자기경로가 형성되도록 유도함으로써 무선전력 전송의 효율을 증가시킨다. 이때, 다수의 제1 보조 코어(114)와 다수의 제2 보조 코어(124)는 송신장치(110)와 수신장치(120) 사이의 중심선을 기준으로 서로 정확하게 대칭되어 제1 코어(112)의 타탄과 제2 코어(122)의 타단이 서로 마주보는 형태로 구현되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지는 않는다.
제1 코일(118)은 제1 코어(112)에 제1 코어(112)의 폭 방향으로 권취되고 교류전원을 인가받아 자기파를 생성한다. 즉, 제1 코일(118)은 교류전원을 인가받아 자기장을 형성하고 이를 통해 자기파를 생성한다. 한편, 도 1에서는 제1 코일(118)이 제1 코어(112)에만 권취되어 있고 자기저항을 최소화하기 위해 제1 코어(112)에 밀착되어 감기는 형태로 도시하였으나 실제로는 제1 보조 코어(114)에 보조 코일로서 권취될 수 있으며 제1 코어(112)와 이격되면서 둥그렇게 감기는 형상으로 구비될 수 있다. 따라서 본 명세서에서 제1 코일(118)이 권취되는 방법은 실시예에 따라 다르게 구현될 수 있으며, 특정 방법으로 제1 코일(118)을 제1 코어(112)에 권취되는 방법이 본 발명을 제한하지는 않는다. 한편, 제1 코일(118)이 제1 코어(112)에 권취되는 횟수는 제1 코일(118)에서 발생하는 자기파의 세기에 따라 각각 다른 횟수로 권취될 수 있다.
수신장치(120)는 제2 코어(122) 및 제2 보조 코어(124)를 포함하는 수신 코어부(126) 및 제2 코일(128)로 구성되며 송신장치(110)에서 발생하여 제2 코어(122)에 전달되는 자기파를 이용하여 유도 기전력을 형성한다. 즉, 수신장치(120)는 송신장치(110)의 제1 코일(118)에 교류전류가 인가되는 경우 생성되는 자기파를 제2 코어(122)를 통해 전달받고, 제2 코일(128)에 유도 기전력을 형성시킴으로써 무선으로 전력을 전송받는다.
제2 코어(122)는 소정의 폭과 길이를 가지며 송신장치(110)의 제1 코어(112)에 권취되어 있는 제1 코일(118)로부터 생성되는 자기파를 전달받아 제2 코어(122)에 권취되어 있는 제2 코일(128)에 유도 기전력이 형성되도록 유도한다. 한편, 제2 코어(122)는 송신장치(110)로부터 자기파를 전달받는 경우, 공기의 저항 등으로 인해 발생할 수 있는 자기파의 감쇄를 최대한 방지하기 위한 장치로써 순철, 규소강, 규소강대 철-알루미늄 합금, 철-규소-알루미늄 합금, 철-니켈 합금 등의 재질로 이루어진 박강판을 겹쳐 쌓아서 제작될 수 있다. 즉, 제2 코어(112)는 송신장치(110)로부터 전달되는 자기파의 감쇄를 방지하여 제2 코일(128)에 형성되는 유도 기전력의 양을 증가시킨다.
다수의 제2 보조 코어(124)는 다수의 제2 보조 코어(124)의 각 일단이 제2 코어(122)의 길이 방향의 일단에 모여 연결되며, 다수의 제2 보조 코어(124)의 타단이 제2 코어(122)의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되는 형태로 구현되어 제2 코어(122)를 감싸는 형상을 이룬다. 한편, 다수의 제2 보조 코어(124)의 각 일단이 제2 코어(122)의 길이 방향의 일단에 모여 연결되는 방법은 특정 방법에 한정되지 않고 다수의 제2 보조 코어(124)의 각 일단이 제2 코어(122)의 길이 방향의 일단에 모여 연결될 수 있다면 어떠한 방법이라도 사용될 수 있다.
또한, 다수의 제2 보조 코어(124)는 각각의 제2 보조 코어(124)의 일단으로부터 제2 코어(122)의 길이 방향으로 만곡된 형태로 구현된다. 즉, 제2 보조 코어(124)의 길이 방향의 형상은 제2 보조 코어(124)의 일단으로부터 타단으로 갈수록 제2 보조 코어(124)와 제2 코어(122)의 거리의 증가율이 점차 감소하는 형상을 가진다.
한편, 다수의 제2 보조 코어(124)는 다수의 제2 보조 코어(124)를 만곡된 형태로 유지시키고, 제2 보조 코어(124)의 타단이 제2 코어(122)의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 형태로 유지되도록 하는 제2 지지대(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 다수의 제2 보조 코어(124)는, 다수의 제2 보조 코어(124)로부터 송신장치(110)의 다수의 제1 보조 코어(114)에게 자기파가 전달되어 제1 코어(112) 및 제2 코어(122) 사이에 전달되는 자기파의 경로를 포함하여 전체 자기경로가 형성되도록 한다. 한편, 본 발명에 따른 무선전력 전송장치(100)는 송신장치(110)에 다수의 제1 보조 코어(114) 및 수신장치(120)에 다수의 제2 보조 코어(124)를 추가적으로 구비함으로써, 제1 코일(118)에서 생성된 자기파가 제2 코어(122)의 타단으로 전달되고, 제2 코어(122)의 타탄으로 전달된 자기파가 제2 코어(122)의 일단을 통해 다시 다수의 제2 보조 코어(124)의 일단에 전달되고, 다수의 제2 보조 코어(124)의 일단에 전달된 자기파가 다시 다수의 제2 보조 코어(124)의 타단을 통해 다수의 제1 보조 코어(114)의 타단으로 수신되어 제1 코어(112) 및 제2 코어(122) 사이에 전달되는 자기파의 경로를 포함하여 전체 자기경로가 형성되도록 한다. 이를 통해 제1 코일(118)에서 생성된 자기파가 제2 코어(122)에 정확하게 전달되도록 유도한다. 즉, 본 발명에 따른 다수의 제2 보조 코어(124)는 다수의 제2 보조 코어(124)로부터 송신장치(110)의 다수의 제1 보조 코어(114)에게 자기파가 전달되어 자기경로가 형성되도록 유도하고, 이를 통해 무선전력 전송의 효율을 증가시킨다.
제2 코일(128)은 제2 코어(122)에 제2 코어(122)의 폭 방향으로 권취되고 송신장치(110)에서 발생하여 제2 코어(122)에 전달되는 자기파를 이용하여 유도 기전력을 형성한다. 즉, 제2 코일(128)은 송신장치(110)의 제1 코일(118)에 교류전류가 인가되는 경우 생성되는 자기파를 제2 코어(122)를 통해 전달받고, 이를 통해 유도 기전력을 형성시킨다. 한편, 도 1에서는 제2 코일(128)이 제2 코어(122)에만 권취되어 있고 자기저항을 최소화하기 위해 제2 코어(122)에 밀착되어 감기는 형태로 도시하였으나 반드시 이에 한정되지는 않고, 제2 보조 코어(124)에 보조 코일로서 권취될 수 있으며 제2 코어(122)와 이격되면서 둥그렇게 감기는 형상으로 구비될 수 있다. 또한, 제2 코일(128)이 제2 코어(122)에 권취되는 횟수는 제2 코일(128)에서 형성되는 유도 기전력의 양에 따라 각각 다른 횟수로 권취될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)는 송신장치(110) 및 수신장치(120)를 모두 포함한 하나의 장치로서 도시되었지만, 반드시 이에 한정되지는 않고 송신장치(110) 또는 수신장치(120)만을 포함한 무선전력 전송장치로 구현될 수 있으며 각각의 송신장치(110) 및 수신장치(120)를 함께 사용함으로써 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
한편, 무선전력 전송장치(100)를 통해 무선으로 전력을 전송하는 경우 송신장치(110)와 수신장치(120) 사이에 강한 자기파가 발생할 수 있으며, 그로 인해 무선전력 전송장치(100)가 위치하는 지역의 보행자의 인체에 해로운 영향을 미치거나 해당 보행자가 사용자는 전자기기에 이상을 발생시킬 수 있다. 이에, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)는 주변에 이에 대한 경고를 제공하기 위해 레이저와 같은 안전 차단 수단을 설치할 수 있으며 이를 통해 보행자에게 자가파에 대한 위험을 인지시킬 수 있다. 도 1에서는 무선전력 전송장치(100)로 인한 자기파의 위험을 인지시키는 방법으로 레이저(실선)를 사용하는 방법을 도시하였지만 반드시 이에 한정되지는 않고 보행자가 이를 인지할 수 있으면 어떠한 수단이라도 사용될 수 있다.
도 2는 도 1의 무선전력 전송장치(100)의 송신장치(110) 및 수신장치(120)를 정면에서 바라본 정면도를 도시한 도면이다. 한편, 도 2에서 도시된 송신장치(110) 및 수신장치(120)의 정면도는 송신장치(110)를 x 방향에서 도시한 도면이고, 수신장치(120)를 y 방향에서 도시한 도면이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)의 송신장치(110)는 소정의 폭과 길이를 가지는 제1 코어(112)와, 제1 코어(112)의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 제1 보조 코어(114)를 포함하되, 다수의 제1 보조 코어(114)의 타단은 제1 코어(112)의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 제1 코어(112)를 감싸는 형상으로 구비된다. 즉, 송신장치(110)를 정면(x 방향)에서 도시한 경우, 도 2의 좌측 그림과 같이 도시된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)의 수신장치(120)는 소정의 폭과 길이를 가지는 제2 코어(122)와, 제2 코어(122)의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 제2 보조 코어(124)를 포함하되, 다수의 제2 보조 코어(124)의 타단은 제2 코어(124)의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 제2 코어(124)를 감싸는 형상으로 구비된다. 즉, 수신장치(120)를 정면(y 방향)에서 도시한 경우, 도 2의 우측 그림과 같이 도시된다.
한편, 본 발명에 따른 무선전력 전송장치(100)는 송신장치(110)에 다수의 제1 보조 코어(114) 및 수신장치(120)에 다수의 제2 보조 코어(124)를 추가적으로 구비함으로써, 제1 코일(118)에서 생성된 자기파가 제2 코어(122)의 타단으로 전달되고, 제2 코어(122)의 타탄으로 전달된 자기파가 제2 코어(122)의 일단을 통해 다시 다수의 제2 보조 코어(124)의 일단에 전달되고, 다수의 제2 보조 코어(124)의 일단에 전달된 자기파가 다시 다수의 제2 보조 코어(124)의 타단을 통해 다수의 제1 보조 코어(114)의 타단으로 수신되어 제1 코어(112) 및 제2 코어(122) 사이에 전달되는 자기파의 경로를 포함하여 전체 자기경로가 형성되도록 한다. 이를 통해 송신장치(110)에서 생성된 자기파가 수신장치(120)에 정확하게 전달되도록 유도함으로써 무선전력 전송 효율을 증가시킨다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)를 구동하기 위한 회로도를 도시한 도면이다.
도 3에서 도시하듯이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)를 구동하기 위한 회로도는 제1 코일(118)에 교류전원을 인가하여 자기파를 발생시키기 위한 급전회로(300) 및 제2 코일(128)이 제1 코일(118)로부터 발생한 자기파를 전달받아 유도 기전력을 형성하는 경우, 이를 정류하여 부하 저항에 전송하기 위한 집전회로(310)를 포함한다.
급전회로(300)는 전원부, 커패시턴스 C1, 저항 Rm 및 제1 코일(118)을 포함한다. 즉, 급전회로(300)는 전원부로부터 제공되는 교류전원을 제1 코일(118)에 인가하되, 급전회로(300)에 포함된 커패시턴스, 저항 및 인덕턴스를 통해 기 설정된 공진팩터(Quality Factor)를 가지는 자기파가 제1 코일(118)에서 발생하도록 유도한다. 즉, 본 발명에 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)는 제1 코일(118)에 인가되는 교류전원의 주파수를 300Khz로 제어하는 한편, 제1 코어(112)에 권취되는 제1 코일(118)의 상대적인 턴수를 증가시키고, 저항 Rm을 상대적으로 감소시킴으로써 제1 코일(118)에서 발생하는 자기파의 공진팩터를 증가시켰다. 이를 통해, 송신장치(110)와 수신장치(120) 사이의 송수신 거리를 증가시켰으며 무선전력 전송 효율 역시 증가시켰다. 한편, 수학식 1은 본 발명에 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)의 송신장치(110) 및 수신장치(120) 사이의 송수신 거리가 10m로 설정된 경우, 무선전력 전송을 효율적으로 수행할 수 있는 자기파의 공진팩터를 추출하기 위한 수학식이다.
Figure 112013027816170-pat00001
수학식 1에서 도시하듯이, 총 에너지 손실 합에 대한 커패시턴스나 인덕턴스 같은 리액티브 소자에 축적된 에너지의 비를 의미하는 공진팩터 Q는 교류전원의 주파수(f), 저항(R) 및 인덕턴스(L) 등에 따라 결정되는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)는 송신장치(110)와 수신장치(120) 사이의 송수신 거리 및 해당 송수신 거리에서 무선전력 전송 효율에 따라 교류전원의 주파수(f), 저항 및 인덕턴스의 값을 제어함으로써 제1 코일(118)에서 기 설정된 공진팩터를 가지는 자기파가 발생하도록 유도하고 이를 통해, 제2 코일(128)에 기 설정된 유도 기전력이 발생하게끔 유도하여 해당 송수신 거리에서 무선전력 전송이 효율적으로 수행되도록 유도한다.
집전회로(310)는 제2 코일(128), 인덕턴스 L2, 커패시턴스 C2, 정류부(320) 및 정류부(320)의 출력단에 출력 커패시터(CL)을 포함한다. 즉, 집전회로(310)의 제2 코일(128)은 제1 코일(118)로부터 발생한 자기파를 전달받아 유도 기전력을 형성하고, 인덕턴스 L2, 커패시턴스 C2, 정류부(320) 및 출력 커패시터(CL)는 제2 코일(128)에서 발생한 유도 기전력을 제어 및 정류하여 부하 저항(RL)에 전송한다.
한편, 도 3에서 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)를 구동하기 위한 회로도는 급전회로(300) 및 집전회로(310)를 포함하여 무선전력 전송장치(100)를 구동하는 것으로 도시하였으나 이는 무선전력 전송장치(100)를 구동시키기 위한 일 실시예에 불과하며 반드시 이에 한정되지는 않고 다양한 형태의 회로로 구현되어 무선전력 전송장치(100)를 구동시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(400)를 도시한 도면이다.
도 4에서 도시하듯이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(400)는 소정의 폭과 길이를 가지는 주코어와, 주코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 보조 코어 및 주코어에 귄취되는 코일을 포함하되, 다수의 보조 코어의 타단은 주코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 주코어를 감싸는 형상으로 구비되는 제1 내지 제N 전달부(410, 420)를 포함하는 송신장치 및 동일한 구성의 제1 내지 제N 전달부(430, 440)를 포함하는 수신장치로 구성된다.
즉, 도 4에서 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(400)는 송신장치 및 수신장치가 각각 제1 내지 제N 전달부를 포함하는 형태로 구현되는 경우를 도시하였으며, 이를 통해 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)에 비해 상대적으로 더 큰 전력이 송신장치를 통해 수신장치로 전송될 수 있도록 구현하였다. 한편, 송신장치에 포함된 제1 내지 제N 전달부(410, 420)의 주코어, 다수의 보조 코어 및 코일은 도 1에 명시된 제1 코어(110), 다수의 제1 보조 코어(112) 및 제1 코일(118)과 동일한 기능을 수행하며, 수신장치에 포함된 제1 내지 제N 전달부(430, 440)의 주코어, 다수의 보조 코어 및 코일은 도 1에 명시된 제2 코어(122), 다수의 제2 보조 코어(124) 및 제2 코일(128)과 동일한 기능을 수행한다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(400)는 내측면에 제1 내지 제N 전달부가 위치하는 오목거울 형태의 지지대(450)를 추가로 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(400)는 지지대(450)를 통해 송신장치 및 수신장치에 포함된 제1 내지 제N 전달부를 지지대(450)의 내측면에 위치시키고, 이를 통해 송신장치와 수신장치에 포함된 제1 내지 제N 전달부가 서로 마주보는 형태로 매칭시킴으로써 송신장치의 제1 내지 제N 전달부(410, 420)로부터 전송된 자기파가 수신장치의 제1 내지 제N 전달부(430, 440)로 정확하게 전송되도록 유도하였다. 한편, 도 4에서는 수신장치만이 지지대(450)를 포함하고, 지지대(450)의 내측면에 제1 내지 제N 전달부(430, 440)가 위치하도록 도시하였지만, 반드시 이에 한정되지는 않고, 송신장치 및 수신장치 중 적어도 어느 하나의 장치에 포함되어 각각의 제1 내지 제N 전달부를 지지대(450)의 내측면에 위치시킬 수 있다.
한편, 도 4에서는 송신장치에 포함되는 제1 내지 제N 전달부(410, 420)의 갯수와 수신장치에 포함되는 제1 내지 제N 전달부(430, 440)의 갯수가 서로 동일한 갯수를 가지도록 도시하지는 않았지만, 이는 송신장치 및 수신장치가 다수의 전달부를 포함하는 형태로 구현될 수 있음을 설명하기 위한 일 실시예에 불과하며 반드시 이에 한정되지는 않고, 송신장치에 포함되는 제1 내지 제N 전달부(410, 420)의 갯수와 수신장치에 포함되는 제1 내지 제N 전달부(430, 440)는 서로 동일한 갯수를 가지며 각각 서로 매칭되는 형태로 구현되는 것이 바람직하다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치
110: 송신장치 112: 제1 코어
114: 제1 보조 코어 118: 제1 코일
120: 수신장치 122: 제2 코어
124: 제2 보조 코어 128: 제2 코일
300: 급전회로 310: 집전회로
400: 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치
410: 제1 전달부 420: 제N 전달부
450: 지지대

Claims (14)

  1. 소정의 폭과 길이를 가지는 제1 코어와, 상기 제1 코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 제1 보조 코어를 포함하되, 상기 다수의 제1 보조 코어의 타단은 상기 제1 코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 상기 제1 코어를 감싸는 형상으로 구비되는 송신 코어부; 및
    상기 제1 코어에 상기 제1 코어의 폭 방향으로 권취되고 교류전원을 인가받아 자기파를 생성하는 제1 코일
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송을 의한 송신장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 제1 보조 코어는 각각의 제1 보조 코어의 일단으로부터 상기 제1 코어의 길이 방향으로 만곡된 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송을 위한 송신장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 다수의 제1 보조 코어는 상기 다수의 제1 보조 코어를 상기 만곡된 형태로 유지시키고, 상기 제1 보조 코어의 타단이 상기 제1 코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 형태로 유지되도록 하는 제1 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송을 위한 송신장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 제1 보조 코어는, 수신장치로부터 전달된 자기파가 상기 다수의 제1 보조 코어로 수신되어 자기경로가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송을 위한 송신장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 코일은 초전도체의 전선으로 구현된 초전도 코일을 사용하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송을 위한 송신장치.
  6. 소정의 폭과 길이를 가지는 제2 코어와, 상기 제2 코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 제2 보조 코어를 포함하되, 상기 다수의 제2 보조 코어의 타단은 상기 제2 코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 상기 제2 코어를 감싸는 형상으로 구비되는 수신 코어부; 및
    상기 제2 코어에 상기 제2 코어의 폭 방향으로 권취되고 송신장치에서 발생하여 상기 제2 코어에 전달되는 자기파를 이용하여 유도 기전력을 형성하는 제2 코일
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송을 위한 수신장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 다수의 제2 보조 코어는 각각의 제2 보조 코어의 일단으로부터 상기 제2 코어의 길이 방향으로 만곡된 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송을 위한 수신장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 다수의 제2 보조 코어는 상기 다수의 제2 보조 코어를 상기 만곡된 형태로 유지시키고, 상기 제2 보조 코어의 타단이 상기 제2 코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 형태로 유지되도록 하는 제2 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송을 위한 수신장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 다수의 제2 보조 코어는, 상기 다수의 제2 보조 코어로부터 송신장치에게 자기파가 전달되어 자기경로가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송을 위한 수신장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 코일은 초전도체의 전선으로 구현된 초전도 코일을 사용하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송을 위한 수신장치.
  11. 소정의 폭과 길이를 가지는 제1 코어와, 상기 제1 코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 제1 보조 코어 및 상기 제1 코어에 귄취되고 교류전원을 인가받아 자기파를 생성하는 제1 코일을 포함하되, 상기 다수의 제1 보조 코어의 타단은 상기 제1 코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 상기 제1 코어를 감싸는 형상으로 구비되는 송신장치; 및
    소정의 폭과 길이를 가지는 제2 코어와, 상기 제2 코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 제2 보조 코어 및 상기 제2 코어에 귄취되고 상기 제1 코일로부터 발생한 자기파를 이용하여 유도 기전력을 형성하는 제2 코일을 포함하되, 상기 다수의 제2 보조 코어의 타단은 상기 제2 코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 상기 제2 코어를 감싸는 형상으로 구비되는 수신장치를 포함하되,
    상기 송신장치 및 상기 수신장치는 기 설정된 거리를 두고 위치하며 상기 송신장치와 상기 수신장치 사이의 중심선을 기준으로 서로 대칭되어 상기 제1 코어의 타단과 상기 제2 코어의 타단이 서로 마주보는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 다수의 제1 보조 코어는, 상기 다수의 제2 보조 코어로부터 전달된 자기파가 상기 다수의 제1 보조 코어로 수신되어 자기경로가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 다수의 제2 보조 코어는, 상기 다수의 제2 보조 코어로부터 상기 다수의 제1 보조 코어에게 자기파가 전달되어 자기경로가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  14. 소정의 폭과 길이를 가지는 주코어와, 상기 주코어의 길이 방향의 일단에 각 일단이 모여 연결되는 다수의 보조 코어 및 상기 주코어에 귄취되는 코일을 포함하되, 상기 다수의 보조 코어의 타단은 상기 주코어의 길이 방향의 타단으로부터 방사상 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 상기 주코어를 감싸는 형상으로 구비되는 제1 내지 제N 전달부; 및
    내측면에 상기 제1 내지 제N 전달부가 위치하는 오목거울 형태의 지지대
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
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