KR101396497B1 - 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치에 관한 것이다.
본 발명은 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치에 있어서, 전원 공급이 이루어질 수 있도록 콘센트와 연결되며, 이 콘센트에서 흐르는 전류를 인가받아 송신하는 1차 송신코일이 구성된 송신기; 상기 송신기로부터 송신되는 전력을 수신받으며, 자기 공진 현상에 의해 송신기와 공진을 이루고, 원거리에서도 송신기로부터 전달되는 전력을 무선으로 수신받는 중계기용 수신코일이 구성되며, 수신된 전력을 정류시켜 전달하는 중계기; 및 상기 중계기로부터 전달되는 전력을 수신받아 충전이 이루어지도록 하는 휴대장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 무선전력 전송장치의 전송거리를 늘리고 수신기의 크기를 소형으로 구성하여 무선 전력 전송장치를 소형화를 이루면서도 무선 전력 전송거리를 확장시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치에 있어서, 전원 공급이 이루어질 수 있도록 콘센트와 연결되며, 이 콘센트에서 흐르는 전류를 인가받아 송신하는 1차 송신코일이 구성된 송신기; 상기 송신기로부터 송신되는 전력을 수신받으며, 자기 공진 현상에 의해 송신기와 공진을 이루고, 원거리에서도 송신기로부터 전달되는 전력을 무선으로 수신받는 중계기용 수신코일이 구성되며, 수신된 전력을 정류시켜 전달하는 중계기; 및 상기 중계기로부터 전달되는 전력을 수신받아 충전이 이루어지도록 하는 휴대장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 무선전력 전송장치의 전송거리를 늘리고 수신기의 크기를 소형으로 구성하여 무선 전력 전송장치를 소형화를 이루면서도 무선 전력 전송거리를 확장시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 무선전력전송장치에 있어서 전송거리를 늘리고 수신기의 크기를 소형으로 구성하여 무선 전력 전송장치를 소형화할 수 있으며, 무선전력 송신기와 중계기의 수신기에 사용하는 코일의 크기를 크게 하여 전송거리를 확장시키고, 중계기 내부에 공진주파수를 높인 소형의 자기 공진형 2차 코일을 이용하여 전력을 무선송신 함으로써, 2차 수신기에서도 소형의 코일을 사용할 수 있도록 한 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치에 관한 것이다.
일반적으로, 무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다.
우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 자기 유도, 자기 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.
종래 기술에 따른 송신 공진 코일은 송신 공진 코일에서 수신기의 반대 방향에는 일반적으로 송신부의 회로 및 금속 물체가 존재할 수 있는데, 시변자기장은 상기와 같은 금속 물체에 맴돌이 전류(eddy current)를 발생시키며, 맴돌이 전류에 의해 열이 발생하여 안전상의 문제가 생길 수 있을 뿐 아니라, 에너지가 열로 소모되어 전력 전송 효율을 감소시키는 요인으로 작용한다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 송신 공진 코일에서 수신부의 반대편에 자성체를 설치하여 시변자기장이 자성체만을 따라 흐를 수 있도록 한다.
이에 따라 대한민국 등록특허 제1163944호에 개시된 바와 같이, 전력 소스로부터 전력을 공급받아 시변자기장을 발생하는 송신 코일 및 송신 코일로부터 발생한 시변자기장을 수신 코일로 송신하는 송신 공진 코일을 포함하며, 송신 공진 코일의 일면에는 시변자기장의 송신 방향으로 일정 경사각을 가진 자성체가 형성되는 무선 전력 전송 장치가 개시된 바 있다.
이러한 종래 기술은 코일의 면적보다 조금 더 큰 면적을 갖는 자성체 시트를 코일의 일면에 근접하여 붙이는 방법으로 자성체를 형성한다.
그러나, 이와 같이 자성체가 형성되면, 자성체의 면적은 코일의 면적만큼 넓어야 하며, 이로 인해 송신 공진 코일의 면적이 커질 경우, 자성체의 설치 비용이 늘어나는 문제점이 있었다.
또한, 대한민국 공개특허 제2010-0128379호는, 고주파의 전류가 입력되는 전원 코일, 자기 유도에 의해 상기 고주파의 전류가 유도되고, 공진 주파수가 외부의 적어도 하나의 타겟 장치의 공진 주파수일 때 비방사형 전자파를 발생하는 전송 코일 및 전송 코일의 공진 주파수를 조정하기 위한 공진 주파수 조정장치를 포함하는 무선 전력 전송장치가 개시된 바 있다.
한편, 현재의 무선전력 전송장치의 경우 크게 유도형 전송장치와 자기공진형 전송장치로 나뉘어진다.
그중 유도형 전송장치의 경우 송수신 코일의 크기가 작기 때문에 현재 휴대폰 충전기, 전동칫솔 등 소용량의 제품에 널리 사용되고 있다.
그러나 수W미만의 소용량 전력전송과 전송거리가 수mm로 짧아서 송신기와 수신기가 완전 결합이 되어야만 사용가능하다.
반면 자기공진형 전송장치의 경우 전송거리가 수m로 길고 또한 수십W의 대전력전송이 가능하여 최적의 무선전력전송 장치로 활용할수 있으나 송수신 코일의 크기가 너무 커서 휴대용제품에 사용하기에는 어려운 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제1163944호 (2012. 07. 02.)
대한민국 공개특허 제2010-0128379호 (2010. 12. 08.)
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 무선전력전송장치의 전송거리를 늘리고 수신기의 크기를 소형으로 구성하여 무선 전력 전송장치를 소형화할 수 있으며, 무선전력 송신기와 중계기의 수신기에 사용하는 코일의 크기를 크게 하여 전송거리를 확장시키고, 중계기 내부에 공진주파수를 높인 소형의 자기 공진형 2차 코일을 이용하여 전력을 무선송신 함으로써, 2차 수신기에서도 소형의 코일을 사용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 중계기에 유도형 무선전력 송신기와 USB 충전단자를 내장 설치 하여 현재 사용하고 있는 유무선 충전장치들 역시 무선전력전송 중계기를 통해 전력을 제공받을 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명은 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치에 있어서, 전원 공급이 이루어질 수 있도록 콘센트와 연결되며, 이 콘센트에서 흐르는 전류를 인가받아 송신하는 1차 송신코일이 구성된 송신기; 상기 송신기로부터 송신되는 전력을 수신받으며, 자기 공진 현상에 의해 송신기와 공진을 이루고, 원거리에서도 송신기로부터 전달되는 전력을 무선으로 수신받는 중계기용 수신코일이 구성되며, 수신된 전력을 정류시켜 전달하는 중계기; 및 상기 중계기로부터 전달되는 전력을 수신받아 충전이 이루어지도록 하는 휴대장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 1차 송신코일은 콘센트로부터 인가되는 전류를 자기 공진에 의해 송신기와 공진 주파수 값이 동일한 공진 회로를 이루는 중계기로 전달하는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 중계기에는 중계기용 수신코일로 전달되는 전력을 DC로 변환하는 정류기가 구성되는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 중계기에는 자기유도형 충전장치를 통해 무선 전력 충전이 이루어지도록 자기유도형 송신코일이 구성되어 외부 충전장치가 무선으로 충전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 중계기에는 USB 충전 기능을 통해 USB 충전장치와 연결되어 충전이 이루어질 수 있도록 하는 USB 포트가 구성되는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 중계기에는 소형의 휴대기기가 무선으로 전력을 충전할 수 있도록 정류된 전력을 휴대장치로 전달하기 위해 구성되며, 1차 송신코일보다 작게 구성하고, 1차 송신코일 및 1차 수신코일과는 다른 주파수를 사용하는 자기 공진형 2차 송신코일이 구성되는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 휴대장치에는 중계기와 연동하며, 이 중계기로부터 전달되는 전력을 제공받아 휴대용 기기로 공급할 수 있도록 자기 공진형 2차 수신코일이 구성되는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 무선전력 전송장치의 전송거리를 늘리고 수신기의 크기를 소형으로 구성하여 무선 전력 전송장치를 소형화를 이루면서도 무선 전력 전송거리를 확장시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 집안 혹은 사무실 어느 한 장소에 송신기를 설치하여 이 송신기와 연동하는 중계기를 통해 유도형 충전기 및 USB 충전기를 사용할 수 있어 전력 충전이 용이하게 진행될 수 있을 뿐만 아니라, 중계기 근처에서 소형 휴대용 장치를 무선으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 송수신거리를 늘리기 위하여 코일의 크기를 크게 만들어야 하고 휴대용 장치에 사용하기 위하여 송수신 코일의 크기를 작게 만들어야 하는 기술적인 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치를 개략적으로 나타낸 구성 블록도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치의 중계기를 개략적으로 나타낸 구성 블록도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치가 실내에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치의 중계기를 개략적으로 나타낸 구성 블록도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치가 실내에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 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.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치를 개략적으로 나타낸 구성 블록도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치의 중계기를 개략적으로 나타낸 구성 블록도, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치가 실내에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치는 송신기(110), 중계기(120) 및 휴대장치(130)를 포함하여 구성된다.
송신기(110)는 전원 공급이 이루어질 수 있도록 콘센트(102)에 구성되어 있으며, 이 콘센트(102)로부터 공급된 전원의 전력을 송신하는 구성요소이다.
이러한 송신기(110)는 콘센트(102)와 연결되며, 이 콘센트(102)에서 흐르는 전류를 인가받아 중계기로 전달하는 1차 송신코일(112)이 구성된다.
1차 송신코일(112)은 콘센트(102)로부터 인가되는 전류를 자기 공진에 의해 송신기(110)와 공진 주파수 값이 동일한 공진 회로를 이루는 중계기(120)로 전달하는 역할을 수행한다.
또한, 1차 송신코일(112)에는 자기 공진에 의해 발생하는 자기장에 의해 전력의 전달 효율이 저하되는 것을 방지하고, 자기장의 이동 경로를 제공함에 따라 더육 효율적인 전력 전송이 가능하도록 1차 송신코일(112)의 일면에 자성체가 구비될 수 있다. 하지만, 이에 한정하는 것은 아니다.
중계기(120)는 자기 공진 현상에 의해 송신기(110)와 공진을 이루며, 송신기(110)로부터 전달되는 전력을 정류시켜 휴대장치(130)로 전달하는 구성요소이다.
이러한 중계기(120)는 자기 공진이 이루어지며, 송신기(110)의 1차 송신코일(112)로부터 전달되는 전력을 수신하는 중계기용 수신코일(122)이 구성되어 있어서, 이 중계기용 수신코일(122)을 통해 원거리에서도 송신기(110)로부터 전달되는 전력을 무선으로 수신하게 된다.
또한, 중계기(120)에는 중계기용 수신코일(122)로 전달되는 전력을 DC로 변환하는 정류기(140)가 구성된다.
아울러, 중계기(120)에는 정류기(140)를 통해 정류된 DC 전압이 자기유도형 충전장치를 통해 무선 전력 충전이 이루어지도록 자기유도형 송신코일(124)이 구성됨으로써, 이 자기유도형 송신코일(124)을 통해 전원을 공급하여 외부 충전장치를 사용할수 있도록 구성된다.
여기서, 자기유도형 송신코일(124)에는 자기 공진에 의해 발생하는 자기장에 의해 전력의 전달 효율이 저하되는 것을 방지하고, 자기장의 이동 경로를 제공함에 따라 더육 효율적인 전력 전송이 이루어질 수 있도록 일면에 자성체가 구비될 수 있다. 하지만, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 중계기(120)에는 정류기(140)를 통해 정류된 DC 전압을 이용하여 USB 충전 기능을 통해 USB 충전장치와 연결되어 충전이 이루어질 수 있도록 하는 USB 포트(128)가 구성된다.
또한, 본 발명의 중계기(120)는 정류기(140)를 통해 정류된 전력을 휴대장치(130)로 전달하기 위한 자기 공진형 2차 송신코일(126)이 구성된다.
여기서, 2차 송신코일(126)에는 1차 송신코일(112)와 마찬가지로 그 일면에 자성체가 구비됨이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 2차 송신코일(126)은 소형의 휴대기기가 무선으로 전력을 충전할 수 있도록 구성되는 것으로서, 1차 송신코일(112) 및 1차 수신코일에 해당하는 중계기용 수신코일(122)과는 다른 주파수를 사용한다.
이러한 2차 송신코일(126)은 송신 코일의 크기를 1차 송신코일(112)보다 작게 구성하고, 1차 송신코일(112) 및 1차 수신코일(122)과는 다른 주파수를 사용함으로써, 휴대용 기기의 무선 전력 충전에 용이하도록 구성됨이 바람직하다.
휴대장치(130)는 중계기(120)에 구성된 자기 공진형 2차 송신코일(126)과 연동하며, 이 2차 송신코일(126)로부터 전달되는 전력을 제공받아 휴대장치(130)로 공급할 수 있도록 자기 공진형 2차 수신코일(132)이 구비된다.
이에 따라, 본 발명의 휴대장치(130)는 자기 공진형 2차 수신코일(132)을 통하여 무선전력을 수신함으로써, 휴대장치(130)에서는 근거리에서 무선으로 전력을 수신할 수 있게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 송신기(110)가 설치된 송신장치(310)에서 무선으로 전력을 송신하고, TV, 무선 청소기, 컴퓨터 등과 같은 전력의 소모가 큰 장치들인 경우, 송신기(110)로부터 직접 무선으로 전력을 받아 동작하게 된다.
또한, 휴대폰, 전화기 기타 소형 조명기기 등과 같은 크기가 작은 휴대기기(320)의 경우, 중계기(120)가 설치된 중계장치(330)를 사용한다.
그리고, 중계장치(330)는 중계기(120)에 설치된 2차 송신코일(126)로부터 송신되는 전력을 수신받을 수 있도록 2차 수신코일(132)이 설치된 각종 휴대기기들에게 전력을 전달하는 중간 전달 역할을 하도록 구성되어 있다.
이러한 중계장치(330)에서는 USB용 충전 기기들을 사용할 수 있도록 USB 포트(128)가 구성되어 있으며, 자기 유도형 충전기기를 사용하기 위한 자기유도형 송신코일(124)이 구성된 자기유도형 충전장치(332)가 구성되고, 휴대용 소형장치를 사용하기 위한 자기 공진형 2차 송신장치(334)가 내장되어 있으므로 대부분의 모든 휴대용 장치들을 사용가능토록 구성되는 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명은 무선전력 전송장치의 전송거리를 늘리고 수신기의 크기를 소형으로 구성하여 무선 전력 전송장치를 소형화를 이루면서도 무선 전력 전송거리를 확장시킬 수 있고, 집안 혹은 사무실 어느 한 장소에 송신기를 설치하여 이 송신기와 연동하는 중계기를 통해 유도형 충전기 및 USB 충전기를 사용할 수 있어 전력 충전이 용이하게 진행될 수 있을 뿐만 아니라, 중계기 근처에서 소형 휴대용 장치를 무선으로 사용할 수 있으며, 송수신거리를 늘리기 위하여 코일의 크기를 크게 만들어야 하고 휴대용 장치에 사용하기 위하여 송수신 코일의 크기를 작게 만들어야 하는 기술적인 문제점을 해결할 수 있는 발명이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 송신기 112: 1차 송신코일
120: 중계기 122: 중계기용 수신코일
124: 자기유도형 송신코일 126: 2차 송신코일
128: USB 포트 130: 휴대장치
132: 2차 수신코일 310: 송신장치
320: 휴대기기 330: 중계장치
120: 중계기 122: 중계기용 수신코일
124: 자기유도형 송신코일 126: 2차 송신코일
128: USB 포트 130: 휴대장치
132: 2차 수신코일 310: 송신장치
320: 휴대기기 330: 중계장치
Claims (7)
- 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치에 있어서,
전원 공급이 이루어질 수 있도록 콘센트와 연결되며, 일면에 자성체가 구비되고, 콘센트에서 흐르는 전류를 인가받아 송신하는 1차 송신코일이 구성된 송신기;
상기 송신기로부터 송신되는 전력을 수신받으며, 자기 공진 현상에 의해 송신기와 공진을 이루고, 원거리에서도 송신기로부터 전달되는 전력을 무선으로 수신받는 중계기용 수신코일과, USB 충전 기능을 통해 USB 충전장치와 연결되어 충전이 이루어질 수 있도록 하는 USB 포트가 구성되며, 수신된 전력을 정류시켜 전달하는 중계기; 및
상기 중계기와 연동하며, 이 중계기로부터 전달되는 전력을 제공받아 휴대용 기기로 공급할 수 있도록 자기 공진형 2차 수신코일이 구성되며, 상기 중계기로부터 전달되는 전력을 수신받아 충전이 이루어지도록 하는 휴대장치
를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 1차 송신코일은 콘센트로부터 인가되는 전류를 자기 공진에 의해 송신기와 공진 주파수 값이 동일한 공진 회로를 이루는 중계기로 전달하는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 중계기에는 중계기용 수신코일로 전달되는 전력을 DC로 변환하는 정류기가 구성되는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 중계기에는 자기유도형 충전장치를 통해 무선 전력 충전이 이루어지도록 자기유도형 송신코일이 구성되어 외부 충전장치가 무선으로 충전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 중계기에는 소형의 휴대기기가 무선으로 전력을 충전할 수 있도록 정류된 전력을 휴대장치로 전달하기 위해 구성되며, 1차 송신코일보다 작게 구성하고, 1차 송신코일 및 1차 수신코일과는 다른 주파수를 사용하는 자기 공진형 2차 송신코일이 구성되는 것을 특징으로 하는 중계장치를 이용한 무선 전력 전송장치.
- 삭제
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