KR101371058B1 - Coil assembly for power transmission, coil assembly for power receiving and wireless power transfer apparatus using electric resonance - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치는, 링 형상을 갖는 하나의 기준선 전체 또는 일부를 둘러싸도록 감겨지는 송전측 자기공진코일 및 전원코일을 구비하는 송전측 코일조립체; 링 형상을 갖는 또 다른 기준선 전체 또는 일부를 둘러싸도록 감겨지는 수전측 자기공진코일 및 전원코일을 구비하는 수전측 코일조립체;를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치를 이용하면, 전기 공진을 이용하여 전력을 전송하므로 송전측 코일과 수전측 코일 간의 이격 거리가 크더라도 효율적인 전력 전송이 가능해지고, 공진주파수를 낮출 수 있으므로 송전측 코일과 수전측 코일 간의 공진주파수 튜닝을 용이하게 할 수 있다는 장점이 있다.In accordance with one aspect of the present invention, there is provided a wireless power transmission / reception apparatus comprising: a transmission-side coil assembly including a transmission-side magnetic resonance coil and a power supply coil wound to surround all or part of one reference line having a ring shape; And a power receiver side coil assembly having a power receiver coil and a power receiver coil wound around the whole or part of another reference line having a ring shape. In the wireless power transmitter and receiver according to the present invention, since electric power is transmitted using electric resonance, an efficient power transmission is possible even if the separation distance between the power transmitting side coil and the power receiving side coil is large, and thus the resonance frequency can be lowered, so that the power transmitting coil There is an advantage that it is easy to tune the resonant frequency between the coil and the receiving coil.

Description

전기 공진을 이용한 송전측 코일조립체, 수전측 코일조립체 및 무선 전력 송수신장치 {Coil assembly for power transmission, coil assembly for power receiving and wireless power transfer apparatus using electric resonance}Coil assembly for power transmission, coil assembly for power receiving and wireless power transfer apparatus using electric resonance}

본 발명은 무선으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 송수신장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 자기 공진을 이용하는 것이 아니라 전기 공진을 이용하여 전력을 전송시키도록 구성되는 무선 전력 송수신장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transceiver capable of transmitting power wirelessly, and more particularly, to a wireless power transceiver configured to transmit power using electrical resonance rather than using magnetic resonance.

유비쿼터스 시대가 도래하면서 전자기기들의 모바일화 경향이 증대하고 이에 발맞추어 전자기기에 무선으로 전력을 공급하는 방안에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 전력을 공급하는 송전단과 공급받는 전자기기(수전단) 간에 물리적인 접촉이 없이 자기 결합(inductive coupling), 용량 결합(capacitive coupling) 또는 안테나 등의 공진구조를 이용하여 공간을 통해 전력을 공급(전송)하는 것이다.With the advent of the ubiquitous era, the tendency of electronic devices to be mobile has been increasing, and the research on the method of supplying electric power wirelessly to electronic devices has been actively conducted. It uses a resonant structure such as inductive coupling, capacitive coupling, or antenna to supply power through space without physical contact between the power supply terminal and the supplied electronic device (receiver). Transmission).

무선 전력의 공급 방식은 주로 자기 결합 원리를 이용하는데, 이는, 도 1에 제시된 바와 같이, 간단한 코일(coil) 구조를 통해 구현할 수 있다. 즉, 송전단에 해당하는 1차 코일(1)과 수전단에 해당하는 2차 코일(2)을 평행하게 배치한 후 1차 코일에 전류를 인가하면, 상호 인덕턴스(Mutual inductance, M)로 인해 발생하는 자기 결합에 의해 유도 전류(I2)가 발생되며, 이 유도전류(I2)에 의해 수전단에 전력이 공급된다.The method of supplying wireless power mainly uses a magnetic coupling principle, which can be implemented through a simple coil structure, as shown in FIG. 1. That is, when the primary coil 1 corresponding to the power transmission stage and the secondary coil 2 corresponding to the power receiving stage are arranged in parallel and current is applied to the primary coil, due to mutual inductance (M), Induced current I2 is generated by the generated magnetic coupling, and electric power is supplied to the power receiving end by the induced current I2.

이때 유도 전류(I2)의 크기는 1차 코일(1)의 중심부와 2차 코일(2)의 중심부와의 거리(O, misalignment), 양 코일의 분리 간격(d, separation)에 따라 변화하는데, 전자기학의 일반원칙에 따르면 이들 두 거리가 커질수록 작아진다. 왜냐하면 전원 소스로부터 1차 코일(1)에 인가되는 전류(I1, 송출 전류)에 의해 1차 코일(1) 주변에 자기장이 형성되고, 형성되는 자기장의 세기는 거리에 따라 감소하기 때문이다. 따라서 앙페르의 법칙(Ampere'slaw) 내지는 비오-사바르의 법칙(Biot-Savart's law)에 의해 상기 두 거리가 커질수록 1차 코일(1) 주변에 형성되는 자기장의 세기는 감소하며, 이렇게 형성되는 자기장으로부터 상호 인덕턴스에 의해 2차 코일(2) 주변에 유도되는 자기장의 세기도 감소하며, 2차 코일(2) 주변에 유도되는 자기장에 의해 유도되는 유도 전류(I2)의 크기도 작아지는 것이다.At this time, the magnitude of the induced current (I2) changes depending on the distance (O, misalignment) between the center of the primary coil 1 and the center of the secondary coil 2, the separation distance (d, separation) of both coils, According to the general principles of electromagnetism, these two distances get smaller as they get larger. This is because a magnetic field is formed around the primary coil 1 by the current I1 (sending current) applied from the power source to the primary coil 1, and the strength of the formed magnetic field decreases with distance. Therefore, according to Ampere'slaw or Biot-Savart's law, as the two distances increase, the strength of the magnetic field formed around the primary coil 1 decreases. The intensity of the magnetic field induced around the secondary coil 2 by mutual inductance from the magnetic field is also reduced, and the magnitude of the induced current I2 induced by the magnetic field induced around the secondary coil 2 is also reduced. .

이와 같은 무선 전력 송수신장치를 이용하면, 1차 코일(1)과 2차 코일(2)이 상호 연결되지 아니하더라도 1차 코일(1)과 2차 코일(2) 간의 전력 전송을 할 수 있게 된다. Using such a wireless power transceiver, power transmission between the primary coil 1 and the secondary coil 2 can be performed even if the primary coil 1 and the secondary coil 2 are not interconnected. .

그러나 상기와 같은 무선 전력 전송 시스템은 1차 코일(1)과 2차 코일(2) 간의 이격 거리가 매우 좁아야 전력 전송이 가능해지므로 상용화에 한계가 있다는 단점이 있다. 한편, 보다 큰 자기장 발생을 위해 1차 코일(1) 및 2차 코일(2)을 공심코어(air-core)를 가지는 솔레이노이드형 코일로 제작하는 경우가 많은데, 이와 같은 경우 자기장이 솔레노이드 바깥 영역에도 존재하게 되므로 주위 금속에 의한 영향을 많이 받게 되고, 이에 따라 전력 전달 효율이 감소하게 된다는 단점이 있다.However, the wireless power transmission system as described above has a disadvantage in that commercialization is limited because power transmission is possible when the separation distance between the primary coil 1 and the secondary coil 2 is very narrow. On the other hand, in order to generate a larger magnetic field, the primary coil 1 and the secondary coil 2 are often manufactured as solenoid coils having an air-core, in which case the magnetic field is outside the solenoid region. Since it is also present in a lot of influence by the surrounding metal, there is a disadvantage that the power transmission efficiency is reduced accordingly.

또한 자기 공진을 위한 솔레노이드형 코일 구조에서는 높은 인덕턴스 값을 얻을 수 없으므로 추가적으로 커패시터를 장착하는 경우가 있는데, 이는 Q-factor의 감소로 이어지므로 전력전달 효율이 낮아진다는 문제점이 있다. 또한, 기존의 자기 공진 결합을 위해 솔레노이드형 구조를 사용할 경우 수 MHz 단위에서 자기공진 조건을 만족 시킬 수 있는데 이러한 비교적 높은 주파수의 파워는 제작단가가 매우 높고, 고주파 대역에서는 공진주파수가 민감하게 반응하는 관계로 공진주파수를 맞추기 위한 튜닝 작업이 매우 어려워진다는 단점이 있다.In addition, in the solenoid coil structure for magnetic resonance, a high inductance value cannot be obtained, so that an additional capacitor may be installed, which leads to a decrease in the Q-factor, thereby lowering power transmission efficiency. In addition, when the solenoid type structure is used for the conventional magnetic resonance coupling, the magnetic resonance condition can be satisfied at several MHz units. The power of the relatively high frequency is very expensive and the resonance frequency is sensitive in the high frequency band. As a result, the tuning work for adjusting the resonant frequency becomes very difficult.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 자기 공진을 이용하는 것이 아니라 전기 공진을 이용함으로써 송전측 코일과 수전측 코일 간의 이격 거리가 크더라도 효율적으로 전력을 전송시킬 수 있고, 공진주파수를 낮춤으로써 송전측 코일과 수전측 코일 간의 공진주파수 튜닝을 용이하게 할 수 있는 무선 전력 송수신장치와, 상기 무선 전력 송수신장치에 포함되는 송전측 자기공진코일 및 수전측 자기공진코일을 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and by using electrical resonance instead of magnetic resonance, it is possible to efficiently transmit power even if the separation distance between the transmitting side coil and the receiving side coil is large, and the resonance frequency The purpose of the present invention is to provide a wireless power transmitter and receiver which can facilitate resonant frequency tuning between a power transmitting side coil and a power receiving side coil, and a power transmitting side magnetic resonance coil and a power receiving side magnetic resonance coil included in the wireless power transceiver. have.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치는, 링 형상을 갖는 하나의 기준선 전체 또는 일부를 둘러싸도록 감겨지는 송전측 자기공진코일(self-resonance coil) 및 전원코일을 구비하는 송전측 코일조립체; 링 형상을 갖는 또 다른 기준선 전체 또는 일부를 둘러싸도록 감겨지는 수전측 자기공진코일(self-resonance coil) 및 부하코일을 구비하는 수전측 코일조립체;를 포함하여 구성된다.The wireless power transceiver according to the present invention for achieving the above object is provided with a power transmission coil and a transmission-side self-resonance coil wound around the whole or part of one reference line having a ring shape Transmission side coil assembly; And a power receiving side coil assembly having a power receiving side self-resonance coil and a load coil wound around the whole or part of another reference line having a ring shape.

상기 송전측 자기공진코일이 감겨지는 부위와 상기 전원코일이 감겨지는 부위가 연이어 배치되어, 상기 송전측 코일조립체는 하나의 링 형상을 이루고, 상기 수전측 자기공진코일이 감겨지는 부위와 상기 부하코일이 감겨지는 부위가 연이어 배치되어, 상기 수전측 코일조립체는 또 다른 하나의 링 형상을 이루도록 구성된다.The portion in which the transmission side magnetic resonance coil is wound and the portion in which the power coil is wound are arranged in succession, so that the transmission side coil assembly forms a ring shape, and the portion in which the receiving side magnetic resonance coil is wound and the load coil. This wound portion is arranged in succession, the power receiving side coil assembly is configured to form another ring shape.

상기 전원코일은 상기 송전측 자기공진코일이 감겨진 부위 일부를 둘러싸도록 감겨지며, 상기 부하코일은 상기 수전측 자기공진코일이 감겨진 부위 일부를 둘러싸도록 감겨진다.The power coil is wound to surround a portion of the portion around which the transmission side magnetic resonance coil is wound, and the load coil is wound to surround a portion of the portion around which the power receiving side magnetic resonance coil is wound.

상기 송전측 자기공진코일과 상기 전원코일과 상기 수전측 자기공진코일과 상기 부하코일은 나선형으로 감겨져, 상기 송전측 코일조립체 및 상기 수전측 코일조립체는 토로이드 형상을 이루게 된다.The power transmission side magnetic resonance coil, the power supply coil, the power reception side magnetic resonance coil, and the load coil are spirally wound to form a toroidal shape of the power transmission side coil assembly and the power reception side coil assembly.

링 형상으로 형성되어 상기 송전측 자기공진코일과 상기 전원코일이 외주면에 감겨지는 송전측 페라이트코어와, 링 형상으로 형성되어 상기 수전측 자기공진코일과 상기 부하코일이 감겨지는 수전측 페라이트코어 중 하나 이상의 페라이트코어가 추가로 구비된다.One of a power transmission side ferrite core formed in a ring shape and wound around the outer circumferential surface of the power transmission side magnetic resonance coil and the power supply coil; and a power receiving side ferrite core formed in a ring shape and wound around the power receiving side magnetic resonance coil and the load coil. The above ferrite core is further provided.

상기 페라이트코어는 원형 링 형상을 이루도록 형성된다.The ferrite core is formed to form a circular ring shape.

상기 송전측 자기공진코일과 상기 수전측 자기공진코일은, 양 끝단이 상호 연결되지 아니한 오픈된 상태를 유지하거나, 양 끝단 사이에 가변콘덴서가 장착된다.The transmission-side magnetic resonance coil and the power receiving-side magnetic resonance coil are kept open in which both ends are not interconnected, or a variable capacitor is mounted between both ends.

상기 송전측 코일조립체와 상기 수전측 코일조립체는, 상호 평행하게 배열된다.The power transmitting side coil assembly and the power receiving side coil assembly are arranged in parallel with each other.

상기 송전측 코일조립체와 상기 수전측 코일조립체는, 중심부 빈 공간 부위가 상호 대응되도록 배열된다.The power transmitting side coil assembly and the power receiving side coil assembly are arranged so that the central hollow space portions correspond to each other.

상기 송전측 자기공진코일과 상기 수전측 자기공진코일은 감겨지는 반경 및 감김 횟수가 동일하게 설정된다.The power transmission side magnetic resonance coil and the power reception side magnetic resonance coil are set to have the same number of turns and the number of turns.

본 발명에 의한 송전측 코일조립체는 무선 전력 송수신장치에 포함되는 송전측 코일조립체에 있어서, 링 형상을 갖는 하나의 기준선 전체 또는 일부를 둘러싸도록 감겨지는 송전측 자기공진코일(self-resonance coil) 및 전원코일을 포함하여 구성된다.The transmission-side coil assembly according to the present invention is a transmission-side coil assembly included in a wireless power transceiver, the transmission-side self-resonance coil wound to surround all or part of one reference line having a ring shape and It is configured to include a power coil.

본 발명에 의한 수전측 코일조립체는 무선 전력 송수신장치에 포함되는 수전측 코일조립체에 있어서, 링 형상을 갖는 또 다른 기준선 전체 또는 일부를 둘러싸도록 감겨지는 수전측 자기공진코일(self-resonance coil) 및 부하코일을 포함하여 구성된다.The power receiving side coil assembly according to the present invention is a power receiving side coil assembly included in a wireless power transceiver, the power receiving side self-resonance coil wound around the whole or part of another reference line having a ring shape and It is configured to include a load coil.

본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치를 이용하면, 전기 공진을 이용하여 전력을 전송하므로 송전측 코일과 수전측 코일 간의 이격 거리가 크더라도 효율적인 전력 전송이 가능해지고, 공진주파수를 낮출 수 있으므로 송전측 코일과 수전측 코일 간의 공진주파수 튜닝을 용이하게 할 수 있다는 장점이 있다.In the wireless power transmitter and receiver according to the present invention, since electric power is transmitted using electric resonance, an efficient power transmission is possible even if the separation distance between the power transmitting side coil and the power receiving side coil is large, and thus the resonance frequency can be lowered, so that the power transmitting coil There is an advantage that it is easy to tune the resonant frequency between the coil and the receiving coil.

도 1은 종래의 무선 전력 송수신장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치를 동작시켰을 때 송신측 전력세기 및 수신측 전력세기를 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치에 포함되는 송전측 코일조립체의 구성을 도시하는 절개사시도이다.
도 5는 송전측 코일조립체와 수전측 코일조립체 간의 이격 거리에 따른 전송효율을 도시하는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치 제2 실시예의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치 제2 실시예를 동작시켰을 때 송신측 전력세기 및 수신측 전력세기를 도시하는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치 제3 실시예의 개략도이다.
도 9는 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치 제4 실시예의 개략도이다.
1 is a schematic diagram of a conventional wireless power transceiver.
2 is a schematic diagram of a wireless power transceiver according to the present invention.
Figure 3 is a graph showing the power strength of the transmission side and the power reception side when operating the wireless power transceiver according to the present invention.
Figure 4 is a cutaway perspective view showing the configuration of the transmission-side coil assembly included in the wireless power transmission and reception apparatus according to the present invention.
5 is a graph illustrating transmission efficiency according to a separation distance between a power transmission side coil assembly and a power receiving side coil assembly.
6 is a schematic diagram of a second embodiment of a wireless power transceiver according to the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the transmit power intensity and the receive power intensity when the second embodiment of the wireless power transceiver according to the present invention is operated.
8 is a schematic diagram of a third embodiment of a wireless power transceiver according to the present invention.
9 is a schematic diagram of a fourth embodiment of a wireless power transceiver according to the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of a wireless power transceiver according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치의 개략도이고, 도 3은 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치를 동작시켰을 때 송신측 전력세기 및 수신측 전력세기를 도시하는 그래프이며, 도 4는 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치에 포함되는 송전측 코일조립체의 구성을 도시하는 절개사시도이다.Figure 2 is a schematic diagram of a wireless power transceiver according to the present invention, Figure 3 is a graph showing the power strength of the transmitting side and the receiving power when operating the wireless power transceiver according to the present invention, Figure 4 is a present invention Fig. 1 is a cutaway perspective view showing the configuration of a power transmission side coil assembly included in a wireless power transceiver according to the present invention.

본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치는 전원부(10)로부터 전류를 인가받아 전송하는 송전측 코일조립체(100)와, 상기 송전측 코일조립체(100)로부터 전류를 무선으로 수신받는 수신측 코일조립체로 구성된다. 이때, 송전측 코일조립체(100)에 전류가 인가됨에 따라 수신측 코일조립체에 전류가 흐르게 되도록 하는 것은, 코일에 전류가 흐를 때 형성되는 자기장이 형성되는 원리 즉, 자기공진(magnetic resonance) 원리를 이용하는 것이 아니라, 전류가 흐름에 따라 전기장이 발생되는 원리 즉, 전기공진(electric resonance) 원리를 이용한다는 점에 가장 큰 특징이 있다.The wireless power transceiver according to the present invention comprises a transmission side coil assembly 100 for receiving and transmitting current from the power supply unit 10 and a receiving side coil assembly for wirelessly receiving current from the power transmission side coil assembly 100. do. At this time, as the current flows to the receiving coil assembly as the current is applied to the transmission-side coil assembly 100, a magnetic field formed when a current flows in the coil is formed, that is, the magnetic resonance principle. Rather than using it, the greatest feature is that it uses the principle of generating an electric field as current flows, that is, the principle of electric resonance.

상기와 같이 전기공진 원리로 전력을 송신 및 수신할 수 있도록, 상기 송전측 코일조립체(100) 및 수전측 코일조립체(200)는 솔레노이드형으로 제작되는 것이 아니라 도 2에 도시된 바와 같이 토로이드형으로 제작된다. 즉, 상기 송전측 코일조립체(100)는, 링 형상을 갖는 송전측 페라이트코어(130)와, 상기 송전측 페라이트코어(130)를 둘러싸는 송전측 자기공진코일(self-resonance coil)(110) 및 전원코일(120)을 포함하여 구성된다. 또한 수전측 코일조립체(200) 역시, 링 형상을 갖는 수전측 페라이트코어(230)와, 상기 수전측 페라이트코어(230)를 둘러싸는 수전측 자기공진코일(self-resonance coil)(210) 및 부하코일(220)을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 전원코일(120)은 전류를 공급하는 전원부(10)에 연결되어 상기 전원부(10)로부터 전류를 인가받고, 상기 부하코일(220)은 축전지나 가전제품과 같이 인가되는 전류를 소모하는 전기부하(20)에 연결되도록 구성된다. 또한, 송전측 자기공진코일(110)과 수전측 자기공진코일(210)은 동일한 공진주파수를 갖도록 설정되며, 송전측 자기공진코일(110)과 수전측 자기공진코일(210) 각각의 양단이 쇼트되면 공진주파수가 없어지게 되어 전기공진이 발생되지 아니하는바, 송전측 자기공진코일(110)과 수전측 자기공진코일(210)의 각 양단은 본 실시예에 도시된 바와 같이 전도체에 접속되지 아니하고 오픈된 상태로 유지됨이 바람직하다. As described above, the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 are not manufactured in a solenoid type so as to transmit and receive power based on an electric resonance principle, as shown in FIG. 2. Is produced by. That is, the power transmission side coil assembly 100 includes a power transmission side ferrite core 130 having a ring shape and a power transmission side self-resonance coil 110 surrounding the power transmission side ferrite core 130. And a power coil 120. In addition, the power receiving side coil assembly 200 also includes a power receiving side ferrite core 230 having a ring shape, a power receiving side self-resonance coil 210 and a load surrounding the power receiving side ferrite core 230. It is configured to include a coil 220. At this time, the power coil 120 is connected to the power supply unit 10 for supplying a current to receive a current from the power supply unit 10, the load coil 220 consumes a current applied like a battery or home appliance It is configured to be connected to the electrical load 20. In addition, the power transmission side magnetic resonance coil 110 and the power receiving side magnetic resonance coil 210 are set to have the same resonance frequency, and both ends of the power transmission side magnetic resonance coil 110 and the power receiving side magnetic resonance coil 210 are shorted. When the resonance frequency disappears and electric resonance does not occur, both ends of the power transmission side magnetic resonance coil 110 and the power receiving side magnetic resonance coil 210 are not connected to the conductor as shown in the present embodiment. It is preferred to remain open.

전원부(10)로부터 전원코일(120) 측으로 전류가 인가되어 전원코일(120)에 자기장이 형성되면 유도결합(inductive coupling)현상에 의해 송전측 자기공진코일(self-resonance coil)(110)에 전류가 흐르게 된다. 이때, 송전측 자기공진코일(110)은 토로이드형상을 이루도록 환형으로 감겨져 있는바, 송전측 자기공진코일(110)이 감겨지는 기준선을 따라 즉, 송전측 페라이트코어(130)를 따라 자기장이 형성되고, 송전측 페라이트코어(130)를 따라 자기장이 형성되면 송전측 페라이트코어(130)의 중심부의 빈 공간을 관통하는 방향(도 2에서 화살표 방향)으로 전기장이 형성된다. 또한, 송전측 페라이트코어(130)의 중심부 빈 공간에서 수전측 페라이트코어(230)의 중심부 빈 공간 측으로 전기장이 인가되면, 수전측 페라이트코어(230)를 따라 자기장이 형성되고, 수전측 페라이트코어(230)에 형성된 자기장에 의해 수전측 자기공진코일(self-resonance coil)(210)에 전류가 흐르게 되며, 유도결합(inductive coupling)현상에 의해 부하코일(220)에 전류가 유도되어 전기부하(20) 측으로 공급된다. When a current is applied from the power supply unit 10 to the power supply coil 120 and a magnetic field is formed in the power supply coil 120, the current is transmitted to the self-resonance coil 110 by the inductive coupling phenomenon. Will flow. At this time, the transmission side magnetic resonance coil 110 is wound in an annular shape to form a toroidal shape, that is, a magnetic field is formed along the reference line on which the transmission side magnetic resonance coil 110 is wound, that is, the transmission side ferrite core 130. When the magnetic field is formed along the transmission-side ferrite core 130, the electric field is formed in the direction (the arrow direction in FIG. 2) penetrating the empty space of the center of the transmission-side ferrite core 130. In addition, when an electric field is applied from the central empty space of the power transmission side ferrite core 130 to the central empty space side of the power receiving side ferrite core 230, a magnetic field is formed along the power receiving side ferrite core 230, and the power receiving side ferrite core ( Current flows through the self-resonance coil 210 by the magnetic field formed in the 230, and current is induced in the load coil 220 by an inductive coupling phenomenon, thereby causing the electric load 20 to be carried out. ) Is supplied to the side.

이때, 도 3에 도시된 바와 같이 송신측 자기공진코일의 주파수와 수신측 자기공진코일의 주파수가 공진을 일으키는 지점에서 수신측 자기공진코일의 전력 세기가 커진다는 것은, 송신측 자기공진코일의 주파수와 수신측 자기공진코일의 주파수가 공진을 일으킬 때 전력 전송 효율이 높아진다는 것을 뜻한다. 따라서 상기 송전측 자기공진코일(110)과 수전측 자기공진코일(210)은 공진주파수가 일치되도록 설정되어야 할 것이다. 물론, 상기 송전측 자기공진코일(110)과 상기 수전측 자기공진코일(210)이 감겨지는 형상 및 감김 횟수가 상이하다 하더라도 공진주파수가 일치되도록 설정될 수 있으나, 공진주파수 일치가 보다 용이해지도록 상기 송전측 자기공진코일(110)과 상기 수전측 자기공진코일(210)은 감겨지는 반경 및 감김 횟수가 동일하게 설정됨이 바람직하다.At this time, as shown in FIG. 3, the power strength of the receiving magnetic resonance coil increases at the point where the frequency of the transmitting magnetic resonance coil and the receiving magnetic resonance coil cause resonance, which is the frequency of the transmitting magnetic resonance coil. This means that the power transmission efficiency is increased when the frequency of the magnetic resonance coil of the receiver and the receiving side causes resonance. Therefore, the transmission-side magnetic resonance coil 110 and the power receiving-side magnetic resonance coil 210 should be set to match the resonance frequency. Of course, even if the shape and the number of windings of the transmission-side magnetic resonance coil 110 and the power receiving-side magnetic resonance coil 210 are different, but the resonance frequency can be set to match, so that the resonance frequency is easier to match The power transmission side magnetic resonance coil 110 and the power reception side magnetic resonance coil 210 may be set to have the same number of turns and the number of turns.

한편, 상기와 같이 전기공진이 발생되기 위해서는 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)에 폐루프(closed-loop)형태의 자기장이 형성되어야 하는바, 본 실시예에서는 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)가 토로이드 형태를 이루도록 즉, 송전측 페라이트코어(130)와 수전측 페라이트코어(230)가 원형 링 형상으로 이루어지고 각 코일들이 송전측 페라이트코어(130)와 수전측 페라이트코어(230)의 외주면에 나선형으로 감겨지는 실시예를 도시하고 있으나, 상기 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)의 형태는 토로이드 코일 형태에 한정되지 아니한다. 예를 들어, 상기 송전측 페라이트코어(130) 및 수전측 페라이트코어(230)가 사각링 등 다각형링 형상으로 형성되어, 각 코일들이 다각형 패턴으로 감겨지도록 구성될 수도 있다. 또한 송전측 페라이트코어(130)와 수전측 페라이트코어(230)는, 전기장이 형성될 수 있도록 가운데 부위가 비어있는 구조라면 링 형상이 아닌 다양한 종류의 다각형 형상으로 절곡 형성될 수도 있다. 물론, 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)가 토로이드 형태로 제작되는 경우에 있어 전력 전송 효율이 가장 우수하므로, 상기 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)는 토로이드 형태로 제작됨이 바람직하다.On the other hand, in order to generate the electric resonance as described above, the magnetic field of the closed-loop (closed-loop) type should be formed in the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200, in the present embodiment The assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 form a toroidal shape, that is, the power transmitting side ferrite core 130 and the power receiving side ferrite core 230 are formed in a circular ring shape, and each of the coils is formed of a power transmitting side ferrite core ( 130 and the spiral wound around the outer circumferential surface of the power receiving side ferrite core 230, but the shape of the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 is not limited to the toroidal coil shape. No. For example, the power transmission side ferrite core 130 and the power receiving side ferrite core 230 may be formed in a polygonal ring shape such as a square ring, and each coil may be wound in a polygonal pattern. In addition, the transmission-side ferrite core 130 and the power-receiving side ferrite core 230 may be bent in a variety of polygonal shapes other than the ring shape if the center portion is empty so that the electric field can be formed. Of course, when the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 are manufactured in the form of a toroid, the power transmission efficiency is the best, and thus the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 are provided. ) Is preferably manufactured in the form of a toroid.

이하, 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)가 토로이드 형태로 제작되는 경우 얻어지는 장점에 대해, 도 4를 참조하여(송전측 코일조립체(100)를 대표적으로) 상세히 설명한다.Hereinafter, the advantages obtained when the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 are manufactured in a toroidal shape will be described in detail with reference to FIG. 4 (representatively, the power transmission side coil assembly 100). .

송전측 코일조립체(100)의 자체인덕턴스(self inductance,

Figure 112011097102476-pat00001
)는 다음 [식 1]과 같이 주어진다. (도 3 참조)
Self inductance of the coil assembly 100 of the transmission side (self inductance,
Figure 112011097102476-pat00001
) Is given by Equation 1 below. (See Fig. 3)

[식 1][Formula 1]

Figure 112011097102476-pat00002
Figure 112011097102476-pat00002

여기서,

Figure 112011097102476-pat00003
,
Figure 112011097102476-pat00004
,
Figure 112011097102476-pat00005
,
Figure 112011097102476-pat00006
, 그리고
Figure 112011097102476-pat00007
는 각각 송전측 코일조립체(100)의 외경, 송전측 코일조립체(100)의 내경, 진공에서의 투자율, 송전측 자기공진코일(110)을 감은 횟수, 그리고 송전측 페라이트코어(130)의 두께를 나타낸다.here,
Figure 112011097102476-pat00003
,
Figure 112011097102476-pat00004
,
Figure 112011097102476-pat00005
,
Figure 112011097102476-pat00006
, And
Figure 112011097102476-pat00007
The outer diameter of the transmission-side coil assembly 100, the inner diameter of the transmission-side coil assembly 100, the permeability in the vacuum, the number of times of winding the transmission-side magnetic resonance coil 110, and the thickness of the transmission-side ferrite core 130 Indicates.

이때 기존의 자기공진을 위한 개루프 코일 중 대표적인 형태인 솔레노이드 구조는 이러한 고리형태의 토로이드는 잘라서 막대 형태로 펼친 경우로 간주 할 수 있으며, 그 솔레노이드 코일의 자체인덕턴스(self inductance,

Figure 112011097102476-pat00008
) 는 다음 [식 2]와 같이 주어진다.
At this time, the solenoid structure, which is a typical form of the open loop coil for magnetic resonance, can be regarded as a case where the toroid of such a ring shape is cut out and unfolded in the form of a rod, and the self inductance of the solenoid coil is
Figure 112011097102476-pat00008
) Is given by Equation 2 below.

[식 2][Formula 2]

Figure 112011097102476-pat00009
Figure 112011097102476-pat00009

여기서,

Figure 112011097102476-pat00010
Figure 112011097102476-pat00011
은 각각 솔레노이드의 단면적과 솔레노이드의 길이를 나타낸다. [식 1]에서 송전측 코일조립체(100)의 외경이 내경보다 상대적으로 큰 경우 높은 자체 인덕턴스 값을 가진다는 사실을 알 수 있으며, 일반적으로 토로이드는 솔레노이드 보다 높은 인덕턴스를 갖는다. 이러한 인덕턴스 값은 공진 주파수 (resonance frequency,
Figure 112011097102476-pat00012
) 및 양호도 (quality factor,
Figure 112011097102476-pat00013
) 와 밀접하게 연관되어 있으며, 관계식은 다음 [식 3]과 같이 주어진다.
here,
Figure 112011097102476-pat00010
Wow
Figure 112011097102476-pat00011
Denotes the cross-sectional area of the solenoid and the length of the solenoid, respectively. In Equation 1, when the outer diameter of the transmission-side coil assembly 100 is relatively larger than the inner diameter, it can be seen that it has a high self inductance value. In general, the toroid has a higher inductance than the solenoid. This inductance value is the resonance frequency,
Figure 112011097102476-pat00012
) And quality factor,
Figure 112011097102476-pat00013
) Are closely related to each other and the relation is given by the following [Equation 3].

[식 3][Formula 3]

Figure 112011097102476-pat00014
Figure 112011097102476-pat00014

여기서,

Figure 112011097102476-pat00015
는 공진 시 필요한 커패시턴스(capacitance)를 나타낸다.
here,
Figure 112011097102476-pat00015
Denotes the capacitance required during resonance.

[식 4][Formula 4]

Figure 112011097102476-pat00016
Figure 112011097102476-pat00016

여기서,

Figure 112011097102476-pat00017
Figure 112011097102476-pat00018
은 각각 구동 주파수와 코일의 직렬 등가저항을 나타낸다.here,
Figure 112011097102476-pat00017
Wow
Figure 112011097102476-pat00018
Are the drive frequency and the series equivalent resistance of the coil, respectively.

[식 3]에서 알 수 있듯이 인덕턴스 값이 높을수록 더 낮은 주파수에서 공진 조건을 만족시킬 수 있는데, 주파수가 낮을수록 주파수 튜닝작업이 용이해지므로 송전측 자기공진코일(110)과 수전측 자기공진코일(210)의 공진 조건을 보다 쉽게 일치시킬 수 있게 된다는 장점이 있다. 또한 상기 언급한 바와 같이 주파수를 낮출 수 있도록, 상기 송전측 자기공진코일(110)과 상기 수전측 자기공진코일(210)은, 각각의 양 끝단 사이에 가변콘덴서(미도시)가 장착될 수도 있다. 이와 같이 송전측 자기공진코일(110)의 양 끝단 사이와 수전측 자기공진코일(210)의 양 끝단 사이에 각각 가변콘덴서가 장착되면, 커패시턴스(C)가 커지므로 주파수가 낮아지는 바, 튜닝작업이 더욱 용이해진다는 장점이 있다.As can be seen from [Equation 3], the higher the inductance value can satisfy the resonance condition at a lower frequency, the lower the frequency, the easier the frequency tuning operation, the transmission side magnetic resonance coil (110) and the power receiving side magnetic resonance coil There is an advantage that it is possible to more easily match the resonance conditions of (210). In addition, as mentioned above, the transmission side magnetic resonance coil 110 and the power receiving side magnetic resonance coil 210 may be equipped with a variable capacitor (not shown) between both ends. . As such, when the variable capacitor is mounted between both ends of the power transmission-side magnetic resonance coil 110 and between both ends of the power receiver-side magnetic resonance coil 210, the capacitance C increases, so that the frequency is lowered. This has the advantage of being easier.

또한 [식 4]에서 볼 수 있듯이, 인덕턴스 값이 높을수록 더 높은 양호도를 가지게 되는데, 이 역시 본원 발명의 주요한 장점이라고 할 수 있다.
In addition, as can be seen in [Equation 4], the higher the inductance value has a higher degree of goodness, which is also a major advantage of the present invention.

도 5는 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200) 간의 이격 거리에 따른 전송효율을 도시하는 그래프이다.5 is a graph illustrating transmission efficiency according to a separation distance between the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200.

송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200) 사이의 거리가 변경됨에 따라 송전측 자기공진코일(110)과 수전측 자기공진코일(210) 간의 상호작용에 의해 공진주파수가 변하게 되며, 주파수를 하나로 고정시킨 상태에서 거리에 따른 전송효율을 측정해보면 도 5에 도시된 그래프와 같이 특정 거리 이하에서는 거리가 더 가까워지더라도 오히려 효율이 떨어지게 된다.As the distance between the power transmitting side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 is changed, the resonance frequency is changed by the interaction between the power transmitting side magnetic resonance coil 110 and the power receiving side magnetic resonance coil 210. When the transmission efficiency according to the distance is measured in the state where the frequency is fixed as one, as shown in the graph shown in FIG. 5, even if the distance becomes closer, the efficiency decreases.

따라서 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200) 간의 이격거리는 여러 조건을 고려하여 적절하게 설정되어야 할 것이다.
Therefore, the separation distance between the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 should be appropriately set in consideration of various conditions.

도 6은 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치 제2 실시예의 개략도이고, 도 7은 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치 제2 실시예를 동작시켰을 때 송신측 전력세기 및 수신측 전력세기를 도시하는 그래프이다.6 is a schematic diagram of a second embodiment of a wireless power transceiver according to the present invention, and FIG. 7 is a graph showing the transmit power strength and the receive power strength when operating the second embodiment of the wireless power transceiver according to the present invention. to be.

상기에서는 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)가 상호 평행하게 배열된 경우, 더 정확하게는 송전측 페라이트코어(130)의 중심부 빈 공간 부위와 수전측 페라이트코어(230)의 중심부 빈 공간 부위가 일치되도록 나란하게 배열되는 경우만을 예로 들어 설명하였으나, 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)의 배열 구조는 도 2에 도시된 구조 이외에 다양한 형태로 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)는 상호 직각을 이루도록 배치될 수도 있다.In the above, when the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 are arranged in parallel to each other, more precisely, the central space of the power transmission side ferrite core 130 and the center of the power receiving side ferrite core 230 are more precise. Although only the case in which the empty spaces are arranged side by side to be described as an example, the structure of the transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 may be changed in various forms in addition to the structure shown in FIG. . For example, as illustrated in FIG. 6, the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 may be disposed to be perpendicular to each other.

송전측 코일조립체(100)에서 발생되는 전기장은 도 2에 도시된 바와 같이 직선방향으로만 전파되는 것이 아니라 사방으로 퍼지도록 휘어져 전파되는바, 도 6에 도시된 바와 같이 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)가 직각으로 배치되더라도 송전측 코일조립체(100)에서 발생된 전기장은 일부나마 수전측 코일조립체(200) 측으로 전달될 수 있고, 이에 따라 전력 전송이 가능해진다. 즉, 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치는, 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200) 간의 배치구조가 다양한 패턴으로 변경되더라도 전력 전송이 가능해지므로, 설계 자유도가 높아진다는 장점이 있다.The electric field generated in the transmission-side coil assembly 100 is not only propagated in a straight direction as shown in FIG. 2 but is bent and propagated to spread in all directions, as shown in FIG. 6. Even if the power receiving side coil assembly 200 is disposed at right angles, the electric field generated in the power transmitting side coil assembly 100 may be partially transmitted to the power receiving side coil assembly 200, thereby enabling power transmission. That is, the wireless power transmission and reception apparatus according to the present invention has the advantage that the power transmission is possible even if the arrangement between the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 is changed in various patterns, thereby increasing design freedom. .

물론, 도 6에 도시된 바와 같이 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)가 직각으로 배치되는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 수전측 자기공진코일(210)에 흐르는 전력 세기 최고점이 다소 낮아지므로, 도 2에 도시된 바와 같이 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)가 상호 평행하게 배치되는 경우에 비해 전력 전송효율이 다소 떨어지게 된다. 따라서 전력 전송 효율 측면만을 고려한다면, 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)는 상호 평행하게 배치됨이 바람직하며, 도 2에 도시된 바와 같이 중심부 빈 공간 부위가 상호 대응되도록 배치됨이 더욱 바람직하다.
Of course, when the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 are disposed at right angles as shown in FIG. 6, the power intensity flowing through the power receiving side magnetic resonance coil 210 as shown in FIG. 7. Since the peak is somewhat lowered, the power transmission efficiency is somewhat lower than that in the case where the power transmitting side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 are arranged in parallel with each other. Therefore, considering only the power transmission efficiency, the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 are preferably arranged in parallel with each other, as shown in FIG. More preferred.

도 8은 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치 제3 실시예의 개략도이다.8 is a schematic diagram of a third embodiment of a wireless power transceiver according to the present invention.

본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치는, 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)에 각각 구비된 송전측 페라이트코어(130)와 수전측 페라이트코어(230)가 각각 생략되도록 구성될 수도 있다. The wireless power transmitter and receiver according to the present invention may be configured such that the power transmission side ferrite core 130 and the power reception side ferrite core 230 respectively provided on the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 are omitted. It may be.

즉, 송전측 코일조립체(100)는 도 8에 도시된 바와 같이 하나의 링 형상 기준선(가상 기준선)을 둘러싸도록 감겨지는 송전측 자기공진코일(110) 및 전원코일(120)만으로 구성될 수 있다. 또한, 수전측 코일조립체(200) 역시 링 형상을 갖는 또 다른 기준선을 둘러싸도록 감겨지는 수전측 자기공진코일(210) 및 전원코일(120)로 구성될 수 있다.That is, the transmission-side coil assembly 100 may be composed of only the transmission-side magnetic resonance coil 110 and the power coil 120 wound to surround one ring-shaped reference line (virtual reference line), as shown in FIG. . In addition, the power receiving side coil assembly 200 may also include a power receiving side magnetic resonance coil 210 and a power coil 120 wound to surround another reference line having a ring shape.

이와 같이 송전측 페라이트코어(130) 및 수전측 페라이트코어(230)가 생략되더라도, 송전측 자기공진코일(110)과 수전측 자기공진코일(210)이 토로이드 형태를 이루도록 감겨지면, 송전측 자기공진코일(110)과 수전측 자기공진코일(210)에 전류가 유도되었을 때 발생되는 자기장은 송전측 자기공진코일(110) 및 수전측 자기공진코일(210)이 감겨지는 중심선 즉, 링 형상의 가상 기준선을 따라 형성되는바, 전기장 발생 및 이를 통한 전력 전송이 가능해진다.In this way, even if the power transmission side ferrite core 130 and power reception side ferrite core 230 are omitted, when the power transmission side magnetic resonance coil 110 and the power receiving side magnetic resonance coil 210 are wound to form a toroidal shape, The magnetic field generated when the current is induced in the resonant coil 110 and the power receiving side magnetic resonance coil 210 is a center line in which the power transmitting side magnetic resonance coil 110 and the power receiving side magnetic resonance coil 210 are wound. It is formed along a virtual baseline, which enables electric field generation and power transmission through it.

이때, 본 실시예에서는 송전측 페라이트코어(130)와 수전측 페라이트코어(230)가 모두 구비되거나, 송전측 페라이트코어(130)와 수전측 페라이트코어(230)가 모두 구비되지 아니하는 경우만을 도시하고 있으나, 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치는 송전측 페라이트코어(130)와 수전측 페라이트코어(230) 중 어느 하나만이 구비되도록 구성될 수도 있다. 물론, 송전측 페라이트코어(130) 및 수전측 페라이트코어(230)가 구비되는 경우, 높은 인덕턴스 값을 얻을 수 있고 이에 따라 공진주파수를 낮출 수 있으므로, 상기 송전측 페라이트코어(130)와 수전측 페라이트코어(230) 모두 구비됨이 바람직하다.In this embodiment, only the case where both the power transmission side ferrite core 130 and the power receiving side ferrite core 230 are provided, or both the power transmission side ferrite core 130 and the power receiving side ferrite core 230 are not provided. However, the wireless power transceiver according to the present invention may be configured such that only one of the power transmission side ferrite core 130 and the power receiving side ferrite core 230 is provided. Of course, when the power transmission side ferrite core 130 and the power receiving side ferrite core 230 are provided, since a high inductance value can be obtained and the resonance frequency can be lowered accordingly, the power transmission side ferrite core 130 and the power receiving side ferrite It is preferable that all of the cores 230 are provided.

또한, 송전측 페라이트코어(130)가 구비되는 경우에는 전원코일(120)에 전류가 인가되어 자기장이 발생될 때, 상기 송전측 자기공진코일(110)이 전원코일(120)로부터 일정 거리 이상 이격된 지점에 감겨지더라도 상기 자기장이 송전측 페라이트코어(130)를 타고 송전측 자기공진코일(110) 측으로 전파되어 상기 송전측 자기공진코일(110)에 전류가 유도될 수 있다. 그러나 도 8에 도시된 바와 같이 송전측 페라이트코어(130)가 생략되는 경우에는 송전측 자기공진코일(110)이 전원코일(120)로부터 멀리 이격되면 전원코일(120)에 전류가 흐르더라도 송전측 자기공진코일(110)에 전류가 유도되지 아니하게 된다.In addition, when the transmission-side ferrite core 130 is provided when the current is applied to the power supply coil 120 to generate a magnetic field, the transmission-side magnetic resonance coil 110 is spaced apart from the power supply coil 120 by a predetermined distance or more. Although the magnetic field is wound around the transmission point, the magnetic field is propagated to the transmission-side magnetic resonance coil 110 through the transmission-side ferrite core 130 to induce a current in the transmission-side magnetic resonance coil 110. However, when the transmission-side ferrite core 130 is omitted, as shown in FIG. 8, if the transmission-side magnetic resonance coil 110 is spaced far from the power coil 120, even if a current flows in the power coil 120 No current is induced in the magnetic resonance coil 110.

따라서 송전측 페라이트코어(130)가 생략되는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 송전측 자기공진코일(110)이 감겨지는 부위와 전원코일(120)이 감겨지는 부위가 연이어 배치되어 하나의 링 형상을 이루도록 형성됨이 바람직하다. 마찬가지로, 수전측 자기공진코일(210)이 감겨지는 부위와 부하코일(220)이 감겨지는 부위 역시 연이어 배치되어, 상기 수전측 코일조립체(200)가 하나의 링 형상을 이루도록 형성되어야 할 것이다.
Therefore, when the transmission-side ferrite core 130 is omitted, as shown in FIG. 8, the portion on which the transmission-side magnetic resonance coil 110 is wound and the portion on which the power coil 120 is wound are arranged in succession to form one ring shape. It is preferably formed to achieve. Similarly, the site in which the power receiving side magnetic resonance coil 210 is wound and the area in which the load coil 220 is wound are also arranged in succession, and the power receiving side coil assembly 200 should be formed to form a single ring shape.

도 9는 본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치 제4 실시예의 개략도이다.9 is a schematic diagram of a fourth embodiment of a wireless power transceiver according to the present invention.

본 발명에 의한 무선 전력 송수신장치에 포함되는 송전측 코일조립체(100)는, 송전측 자기공진코일(110)이 전체적으로 토로이드 형태로 감겨지고, 전원코일(120)은 송전측 자기공진코일(110)이 감겨진 부위 일부를 둘러싸도록 감겨지도록 구성될 수 있다. 이와 같이 전원코일(120)이 송전측 자기공진코일(110) 일부를 둘러싸도록 감겨지더라도, 전원코일(120)에 전류가 인가될 때 송전측 자기공진코일(110)에 전류가 유도될 수 있다.In the transmission-side coil assembly 100 included in the wireless power transmission and reception apparatus according to the present invention, the transmission-side magnetic resonance coil 110 is wound in a toroidal shape as a whole, and the power supply coil 120 is the transmission-side magnetic resonance coil 110. ) May be wound so as to surround a portion of the wound area. As such, even when the power supply coil 120 is wound to surround a part of the power transmission side magnetic resonance coil 110, a current may be induced in the power transmission side magnetic resonance coil 110 when a current is applied to the power supply coil 120. .

마찬가지로, 수전측 자기공진코일(210) 역시 토로이드 형태로 감겨지고, 부하코일(220)이 수전측 자기공진코일(210)이 감겨진 부위 일부를 둘러싸도록 감겨질 수 있다.
Similarly, the power receiving side magnetic resonance coil 210 may also be wound in a toroidal shape, and the load coil 220 may be wound to surround a portion of the portion where the power receiving side magnetic resonance coil 210 is wound.

한편, 도 2 내지 도 9에 도시된 실시예에서는 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)가 모두 토로이달 형태로 제작되는 무선 전력 송수신장치만을 도시 및 하고 있으나, 본 발명은 토로이달 형태로 제작되는 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)도 각각 권리범위로 청구한다. 즉, 본 발명은, 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)를 포함하여 구성되는 무선 전력 송수신장치용 송전측 코일조립체에 있어서, 링 형상을 갖는 하나의 기준선 전체 또는 일부를 둘러싸도록 감겨지는 송전측 자기공진코일(self-resonance coil)(110) 및 전원코일(120)을 포함하는 송전측 코일조립체(100)를 제공한다. 또한 본 발명은, 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)를 포함하여 구성되는 무선 전력 송수신장치용 수전측 코일조립체에 있어서, 링 형상을 갖는 또 다른 기준선 전체 또는 일부를 둘러싸도록 감겨지는 수전측 자기공진코일(self-resonance coil)(210) 및 부하코일(220)을 포함하는 수전측 코일조립체(200)를 제공한다. On the other hand, in the embodiment shown in Figures 2 to 9 shows only a wireless power transmission and reception device in which both the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 are manufactured in a toroidal form, the present invention is toro The transmission-side coil assembly 100 and the power-receiving coil assembly 200, which are manufactured in this month, are also claimed as rights. That is, the present invention, in the transmission side coil assembly for a wireless power transceiver comprising a power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200, surrounds all or part of one reference line having a ring shape. The power transmission side coil assembly 100 including the power transmission side self-resonance coil 110 and the power supply coil 120 is wound. In addition, the present invention, in the power receiving side coil assembly for a wireless power transceiver comprising a power transmission side coil assembly 100 and a power receiving side coil assembly 200, so as to surround all or part of another reference line having a ring shape. A power receiving side coil assembly 200 including a power receiving side self-resonance coil 210 and a load coil 220 is provided.

이때, 본 발명에 의한 송전측 코일조립체(100)와 수전측 코일조립체(200)는, 도 2 내지 도 6에 도시된 실시예와 같이 송전측 페라이트코어(130)와 수전측 페라이트코어(230)를 각각 추가로 구비할 수 있으며, 송전측 페라이트코어(130)와 수전측 페라이트코어(230)는 도 2 내지 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이 다양한 형상으로 변경될 수 있다. 송전측 페라이트코어(130)와 수전측 페라이트코어(230)가 추가로 구비되는 경우의 구조 및 이에 따른 효과는 상기에서 이미 상세히 설명하였는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.At this time, the power transmission side coil assembly 100 and the power receiving side coil assembly 200 according to the present invention, the power transmission side ferrite core 130 and the power receiving side ferrite core 230 as shown in Figures 2 to 6 Each may be additionally provided, and the power transmission side ferrite core 130 and the power reception side ferrite core 230 may be changed into various shapes as described with reference to FIGS. 2 to 9. The structure and effects thereof when the power transmission side ferrite core 130 and the power receiving side ferrite core 230 are additionally provided have been described above in detail, and thus a detailed description thereof will be omitted.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

10 : 전원부 20 : 전기부하
100 : 송전측 코일조립체 110 : 송전측 자기공진코일
120 : 전원코일 130 : 송전측 페라이트코어
200 : 수전측 코일조립체 210 : 수전측 자기공진코일
220 : 부하코일 230 : 수전측 페라이트코어
10: power supply unit 20: electric load
100: transmission side coil assembly 110: transmission side magnetic resonance coil
120: power coil 130: power transmission side ferrite core
200: power receiver coil assembly 210: power receiver magnetic resonance coil
220: load coil 230: water receiving side ferrite core

Claims (12)

링 형상을 갖는 하나의 기준선 전체 또는 일부를 둘러싸도록 감겨지는 송전측 자기공진코일(self-resonance coil) 및 전원코일을 구비하는 송전측 코일조립체;
링 형상을 갖는 또 다른 기준선 전체 또는 일부를 둘러싸도록 감겨지는 수전측 자기공진코일(self-resonance coil) 및 부하코일을 구비하는 수전측 코일조립체;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신장치.
A transmission-side coil assembly having a transmission-side self-resonance coil and a power supply coil wound to surround all or a portion of one reference line having a ring shape;
A power receiving side coil assembly having a power receiving side self-resonance coil and a load coil wound around the whole or part of another reference line having a ring shape;
Wireless power transceiver, characterized in that configured to include.
제1항에 있어서,
상기 송전측 자기공진코일이 감겨지는 부위와 상기 전원코일이 감겨지는 부위가 연이어 배치되어, 상기 송전측 코일조립체는 하나의 링 형상을 이루고,
상기 수전측 자기공진코일이 감겨지는 부위와 상기 부하코일이 감겨지는 부위가 연이어 배치되어, 상기 수전측 코일조립체는 또 다른 하나의 링 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신장치.
The method of claim 1,
A portion in which the transmission side magnetic resonance coil is wound and a portion in which the power coil is wound are arranged in succession, and the transmission side coil assembly forms a ring shape.
And a portion in which the power receiving side magnetic resonance coil is wound and a portion in which the load coil is wound are arranged in succession, so that the power receiving side coil assembly forms another ring shape.
제1항에 있어서,
상기 전원코일은 상기 송전측 자기공진코일이 감겨진 부위 일부를 둘러싸도록 감겨지며,
상기 부하코일은 상기 수전측 자기공진코일이 감겨진 부위 일부를 둘러싸도록 감겨지는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신장치.
The method of claim 1,
The power coil is wound so as to surround a part of the wound portion of the transmission side magnetic resonance coil,
The load coil is a wireless power transceiver, characterized in that wound around the portion of the receiving coil magnetic resonance coil wound.
제1항에 있어서,
상기 송전측 자기공진코일과 상기 전원코일과 상기 수전측 자기공진코일과 상기 부하코일은 나선형으로 감겨져,
상기 송전측 코일조립체 및 상기 수전측 코일조립체는 토로이드 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신장치.
The method of claim 1,
The power transmission side magnetic resonance coil, the power supply coil, the power reception side magnetic resonance coil and the load coil are wound in a spiral shape,
The power transmission side coil assembly and the power receiving side coil assembly is a wireless power transceiver, characterized in that to form a toroidal shape.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
링 형상으로 형성되어 상기 송전측 자기공진코일과 상기 전원코일이 외주면에 감겨지는 송전측 페라이트코어와, 링 형상으로 형성되어 상기 수전측 자기공진코일과 상기 부하코일이 감겨지는 수전측 페라이트코어 중 하나 이상의 페라이트코어가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신장치.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
One of a power transmission side ferrite core formed in a ring shape and wound around the outer circumferential surface of the power transmission side magnetic resonance coil and the power supply coil; and a power receiving side ferrite core formed in a ring shape and wound around the power receiving side magnetic resonance coil and the load coil. Wireless power transceiver, characterized in that the ferrite core is further provided.
제5항에 있어서,
상기 페라이트코어는 원형 링 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신장치.
6. The method of claim 5,
The ferrite core is a wireless power transceiver, characterized in that forming a circular ring shape.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 송전측 자기공진코일과 상기 수전측 자기공진코일은, 각각의 양 끝단이 상호 연결되지 아니한 오픈된 상태를 유지하거나, 각각의 양 끝단 사이에 가변콘덴서가 장착되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신장치.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The power transmission side magnetic resonance coil and the power reception side magnetic resonance coil, each end of the wireless power transmission and reception device, characterized in that the open state is not connected to each other, or a variable capacitor is mounted between each end. .
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 송전측 코일조립체와 상기 수전측 코일조립체는, 상호 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신장치.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The power transmission side coil assembly and the power receiving side coil assembly is arranged in parallel with each other wireless power transmission and reception device.
제8항에 있어서,
상기 송전측 코일조립체와 상기 수전측 코일조립체는, 중심부 빈 공간 부위가 상호 대응되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신장치.
9. The method of claim 8,
The power transmission side coil assembly and the power receiving side coil assembly, the wireless power transmission and reception device, characterized in that arranged so that the center portion of the empty space.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 송전측 자기공진코일과 상기 수전측 자기공진코일은 감겨지는 반경 및 감김 횟수가 동일한 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신장치.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The power transmission side magnetic resonance coil and the power receiving side magnetic resonance coil is a wireless power transceiver, characterized in that the same number of turns and the number of turns.
송전측 코일조립체와 수전측 코일조립체를 포함하여 구성되는 무선 전력 송수신장치용 송전측 코일조립체에 있어서,
링 형상을 갖는 하나의 기준선 전체 또는 일부를 둘러싸도록 감겨지는 송전측 자기공진코일(self-resonance coil) 및 전원코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 송전측 코일조립체.
In the transmission side coil assembly for a wireless power transceiver comprising a power transmission side coil assembly and a power receiving side coil assembly,
A power transmission side coil assembly comprising a power transmission side self-resonance coil and a power supply coil wound to surround all or part of one reference line having a ring shape.
송전측 코일조립체와 수전측 코일조립체를 포함하여 구성되는 무선 전력 송수신장치용 수전측 코일조립체에 있어서,
링 형상을 갖는 또 다른 기준선 전체 또는 일부를 둘러싸도록 감겨지는 수전측 자기공진코일(self-resonance coil) 및 부하코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 수전측 코일조립체.
In the power receiving side coil assembly for a wireless power transceiver comprising a power transmission side coil assembly and a power receiving side coil assembly,
A power receiving side coil assembly comprising a power receiving side self-resonance coil and a load coil wound to surround all or part of another reference line having a ring shape.
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