KR101428408B1 - 자기장 분포 제어 장치 및 이를 이용한 송신기 - Google Patents

자기장 분포 제어 장치 및 이를 이용한 송신기 Download PDF

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이희진
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Abstract

본 발명에 따른 자기장 분포 제어 장치는, 로드부; 상기 로드부의 상면 일측에 배치되는 코일; 및 상기 코일의 주변부에서 이동 가능하게 배치되며 자기장을 발생시키는 페라이트;를 포함하다.
본 발명에 따르면, 자기장 분포를 바꾸어 로드부 코일에 많은 자기장 다발을 쇄교시킬 수 있다.

Description

자기장 분포 제어 장치 및 이를 이용한 송신기{Apparatus for control of a magnetic field distribution and Transmitter using the same}
본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 페라이트 물질이 자기장 다발을 모아주는 특징을 이용해 고정된 코일에서 페라이트 틀의 위치를 변화시켜 자기장의 분포를 변화시키는 자기장 분포 제어 장치 및 이를 이용한 송신기에 대한 것이다.
무선 전력 전송은 전류 에너지를 자기 에너지로 바꾸어 전선 없이 전력을 전달하는 기술이다. 이러한 방식은 로드부(즉, 배터리)부분의 코일에 유도되어진 기전력을 바탕으로 전력을 전송하게 되는데 이 기전력은 코일에 쇄교되는 자기장 다발(magnetic flux)에 비례한다. 그러므로 파워부(즉, 충전기)부분의 코일에 만들어진 자기장 다발을 로드부(즉, 배터리)부분의 코일에 많이 쇄교시키는 것이 전송효율을 결정짓는 가장 중요한 요인이다.
이러한 무선 전력 전송을 이용한 송신기는 크게 코일, 페라이트, 가변 커패시터 등으로 구성된다. 페라이트는 자기장의 크기를 크게 하여주고 코일의 인덕턴스 값을 크게 해주기 때문에 무선전력전송에서 많이 사용되고 있는 물질이다.
코일은 자기장을 유도하기 위해 사용되며, 페라이트는 자기장의 크기를 크게 하기 위해 사용된다. 그리고 가변 커패시터는 코일의 인덕턴스 값을 상쇄해 구동주파수 영역에서 공진을 맞추기 위해 사용된다.
여기서 사용되는 대부분의 페라이트는 코일 주위에 고정되어 자기장 방향이 고정되어 있다. 이를 보여주는 도면이 도 1 및 도 2에 도시된다. 도 1을 참조하면, 페라이트(110)가 코일(120) 주변에 고정되어 있다.
이해를 위해 도 1을 I-I'축을 절단하면 도 2가 된다. 도 2를 참조하면, 로드부(130)상에 코일(120)이 놓이고, 이 코일(120) 내측에 빈틈없이 페라이트(110)가 위치한다. 따라서, 자기장(201)이 페라이트(110)의 윗부분에만 집중된다.
부연하면, 이 방식은 로드부(배터리)부분의 코일이 충전을 위해 정해진 정확한 위치에 놓인다면 좋은 효율을 가지지만 로드부 부분의 코일이 정해진 위치에서 벗어난다면 효율이 확연히 떨어지는 단점을 가진다.
1. 한국등록특허 제1094595호 2. 한국공개특허 제10-2011-0014714호 3. 미국등록특허 제8259429호 4. 일본공개특허 제1995-264779호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 고정된 코일에서 페라이트 틀의 위치를 변화시켜 자기장의 분포를 변화시키는 자기장 분포 제어 장치 및 이를 이용한 송신기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 고정된 코일에서 페라이트 틀의 위치를 변화시켜 자기장의 분포를 변화시키는 자기장 분포 제어 장치를 제공한다.
상기 자기장 분포 제어 장치는,
로드부;
상기 로드부의 상면 일측에 배치되는 코일; 및
상기 코일의 주변부에서 이동 가능하게 배치되며 자기장을 발생시키는 페라이트;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 코일은 환형 형상으로 배치되고, 상기 페라이트는 원형 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 발생된 자기장의 분포 방향은 상기 페라이트의 상면측 방향인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 발생된 자기장의 분포 방향은 상기 페라이트의 이동에 따라 변경되는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 로드부; 상기 로드부의 상면 일측에 배치되는 제 1 페라이트; 상기 제 1 페라이트의 상면 일측에 배치되는 제 2 페라이트; 상기 제 2 페라이트의 내측에 배치되는 코일; 및 상기 코일의 주변부에서 이동 가능하게 배치되며 자기장을 발생시키는 제 3 페라이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치를 제공한다.
이때, 상기 코일은 상기 제 2 페라이트의 내측과 접촉되게 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 코일은 환형 형상으로 배치되고, 상기 제 3 페라이트는 원형 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 발생된 자기장의 분포 방향은 상기 제 3 페라이트의 상면측 방향인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 발생된 자기장의 분포 방향은 상기 제 3 페라이트의 이동에 따라 변경되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 로드부; 상기 로드부의 상면에 배치되어 자기장을 발생시키고, 요홈이 형성되는 다수의 페라이트; 및 상기 요홈내에서 이동 가능하게 배치되는 코일;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치를 제공한다.
이때, 상기 다수의 페라이트는 상기 로드부에 일정깊이로 삽입되어 상기 요홈의 밑면과 상기 로드부의 표면의 위치가 일치하게 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 코일은 환형 형상으로 배치되고, 상기 다수의 페라이트는 가로 막대 형상으로서 원형으로 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 발생된 자기장의 분포 방향은 상기 다수의 페라이트의 상면측 방향인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 발생된 자기장의 분포 방향은 상기 코일의 이동에 따라 변경되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 위에서 기술한 자기장 분포 제어 장치; 및 코일의 인덕턴스 값을 상쇄하여 구동 주파수 영역에서 공진을 조정하기 위한 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기를 제공한다.
본 발명에 따르면, 자기장 분포를 바꾸어 로드부 코일에 많은 자기장 다발을 쇄교시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 다수의 로드부에 충전시 자기장 분포를 변경하여 충전을 집중 혹은 고르게 할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 일반적으로 페라이트를 이용한 무선 전력 전송을 위한 자기장 분포 제어 장치의 개념을 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1에서 I-I'축으로 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송을 위한 자기장 분포 제어 장치의 개념을 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3에서 Ⅱ-Ⅱ'축으로 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 무선 전력 전송을 위한 자기장 분포 제어 장치의 개념을 보여주는 평면도이다.
도 6은 도 5에서 Ⅲ-Ⅲ'축으로 절개한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 무선 전력 전송을 위한 자기장 분포 제어 장치의 개념을 보여주는 평면도이다.
도 8은 도 7에서 Ⅳ-Ⅳ'축으로 절개한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송을 위한 자기장 분포 제어 장치의 개념을 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송을 위한 자기장 분포 제어 장치의 개념을 보여주는 평면도이다. 도 3을 참조하면, 상기 자기장 분포 제어 장치(300)는, 로드부(330), 상기 로드부(330)의 상면 일측에 배치되는 코일(320), 및 상기 코일(320) 내에서 이동 가능하게 배치되며 자기장을 발생시키는 페라이트(310) 등을 포함하여 구성된다. 도 3에서는 코일(320)내에서 이동 가능하게 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 본원 발명의 이해를 돕고자 하는 것으로, 코일 주변부에서 이동 가능하게 배치된다.
도 4는 도 3에서 Ⅱ-Ⅱ'축으로 절개한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 아래로부터 순서대로 로드부(330), 페라이트(310), 코일(320) 등이 위치한다. 특히, 도 4는 페라이트(310)가 코일(320) 내에서 좌측으로 이동한 상태를 보여준다.
로드부(330)는 배터리 부분으로, 파워부인 충전기(미도시) 부분의 코일에서 만들어진 자기장 다발을 코일(320)에 쇄교시킨다.
페라이트(310)는 이 로드부(330) 상에서 화살표(402)와 같이 이동한다. 즉, 페라이트(310)와 코일(320) 사이에 공간을 두어 페라이트(310)가 이 공간 내에서 필요에 따라 이동될 수 있다.
물론, 이러한 페라이트(310)의 이동에 따라 자기장(401)의 방향도 변경된다. 도 4에서는 자기장(401)의 분포 방향은 페라이트(310)의 상면측 방향이 된다. 부연하면, 페라이트(310)의 윗표면에서 위쪽이 된다.
도 3 및 도 4에서, 코일(320)은 환형 형상으로 배치되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 삼각형, 사각형, 팔각형 등으로 배치될 수 있다.
물론, 이러한 코일(320)의 형상에 맞게 페라이트(310)도 원형 형상뿐만 아니라 삼각형, 사각형, 팔각형 등이 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 무선 전력 전송을 위한 자기장 분포 제어 장치의 개념을 보여주는 평면도이다. 도 5를 참조하면, 로드부(530) 상에 제 2 페라이트(512), 제 3 페라이트(513)가 배치되고, 이들 페라이트(512,513) 사이에 코일(520)이 배치된다.
도 6은 도 5에서 Ⅲ-Ⅲ'축으로 절개한 단면도이다. 도 6을 참조하면, 자기장 분포 제어 장치(500)는, 로드부(530), 상기 로드부(530)의 상면 일측에 배치되는 제 1 페라이트(610), 상기 제 1 페라이트(610)의 상면 일측에 배치되는 제 2 페라이트(512), 상기 제 2 페라이트(512)의 내측에 배치되는 코일(520), 및 상기 코일의 주변부에서 이동 가능하게 배치되며 자기장을 발생시키는 제 3 페라이트(513) 등을 포함하여 구성된다.
도 6을 참조하면, 아래로부터 순서대로 로드부(530), 제 1 페라이트(610), 제 2 페라이트(512), 제 3 페라이트(513), 코일(520) 등이 위치한다. 또한, 코일(520)은 제 2 페라이트(512) 및 제 3 페라이트(513) 사이에 놓이게 된다. 특히, 도 6은 제 3 페라이트(513)가 코일(520) 내에서 좌측으로 이동한 상태를 보여준다.
로드부(530)는 배터리 부분으로, 파워부인 충전기(미도시) 부분의 코일에서 만들어진 자기장 다발을 코일(520)에 쇄교시킨다.
제 3 페라이트(513)는 제 1 페라이트(610) 상에서 화살표(602)와 같이 이동한다. 즉, 제 2 페라이트(512)와 코일(520) 사이에 공간을 두어 제 3 페라이트(513)가 이 공간 내에서 필요에 따라 이동될 수 있다.
물론, 이러한 공간을 위하여 코일(520)은 제 2 페라이트(512)의 내면과 접촉되게 배치된다.
이러한 제 3 페라이트(513)의 이동에 따라 자기장(601)의 방향도 변경된다. 도 6에서는 자기장(601)의 분포 방향은 제 3 페라이트(513)의 상면측 방향이 된다. 부연하면, 제 3 페라이트(513)의 윗표면에서 위쪽이 된다.
물론, 도 5 및 도 6에서, 코일(520)은 환형 형상으로 배치되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 삼각형, 사각형, 팔각형 등으로 배치될 수 있다.
이러한 코일(520)의 형상에 맞게 페라이트(512, 520)도 원형 형상뿐만 아니라 삼각형, 사각형, 팔각형 등이 될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 무선 전력 전송을 위한 자기장 분포 제어 장치의 개념을 보여주는 평면도이다. 도 7을 참조하면, 자기장 분포 제어 장치(700)는, 로드부(720), 상기 로드부(720)의 상면에 배치되어 자기장을 발생시키고, 요홈(701)이 형성되는 다수의 페라이트(710), 및 상기 요홈내(711)에서 이동 가능하게 배치되는 코일(720) 등을 포함하여 구성된다.
도 8은 도 7에서 Ⅳ-Ⅳ'축으로 절개한 단면도이다. 도 8을 참조하면, 아래로부터 순서대로 로드부(730), 페라이트(710-1, 710-2), 코일(720) 등이 위치한다.
도 8은 도 3 내지 도 6에서 설명한 것과 달리, 코일(720)이 페라이트(710-1, 710-2) 내에서 이동한다. 부연하면, 페라이트(710-1,710-2)에 형성된 요홈(711) 내에서 코일(720)이 이동한다. 특히, 도 8은 코일(720)이 요홈(711) 내에서 최우측으로 이동한 상태를 보여준다.
로드부(730)는 배터리 부분으로, 파워부인 충전기(미도시) 부분의 코일에서 만들어진 자기장 다발을 코일(720)에 쇄교시킨다.
코일(720)은 페라이트(710-1,710-2)에 형성된 요홈(711) 내에서 화살표(802)와 같이 이동한다. 즉, 페라이트(710-1,710-2)에 형성된 요홈(711)에 공간을 두어 코일(720)이 이 공간 내에서 필요에 따라 이동될 수 있다.
이들 페라이트(710-1,710-2)는 상기 로드부(730)에 일정깊이로 삽입되어 설치된다. 부연하면, 상기 요홈(711)의 밑면과 상기 로드부(730)의 표면의 위치가 일치하게 설치된다.
또한, 상기 코일(720)은 환형 형상으로 배치된다. 이러한 코일(720)의 형상과 매칭되기 위해, 다수의 페라이트(710-1,710-2)는 가로 막대 형상으로서 원형으로 배치된다. 물론, 삼각형, 사각형, 팔각형 등의 형상도 가능하다.
도 8을 계속 참조하면, 코일(720)이 이동함에 따라 발생된 자기장(801)의 분포 방향은 다수의 페라이트(710-1,710-2) 상면측 방향인 된다.
발생된 자기장의 분포 방향은 상기 코일(720)의 이동에 따라 변경될 수 있는데, 도 8의 경우, 자기장의 분포 세기가 변경된다. 부연하면, 도 8에서, 코일(720)이 우측으로 이동하면, 제 1 페라이트(710-1)의 우측 부위에서 자기장의 분포 세기가 좌측 부위보다 세다. 물론, 제 2 페라이트(710-2)의 경우에도 동일하게 적용된다.
다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 실시예는 위에서 기술한 자기장 분포 제어 장치(300,500,700)로 구성된 무선 전력 전송의 송신기를 구현한다. 이를 위해서, 코일의 인덕턴스 값을 상쇄하여 구동 주파수 영역에서 공진을 조정하기 위한 커패시터(미도시)가 구비된다.
300,500,700: 자기장 분포 제어 장치
310,512,513,610, 710, 710-1, 710-2: 페라이트
320,520,720: 코일
330,530,730: 로드부
401,601,801: 자기장
402,602,802: 화살표

Claims (15)

  1. 로드부;
    상기 로드부의 상면 일측에 배치되는 코일; 및
    상기 코일의 주변부에서 이동 가능하게 배치되며 자기장을 발생시키는 페라이트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 환형 형상으로 배치되고, 상기 페라이트는 원형 형상인 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    발생된 자기장의 분포 방향은 상기 페라이트의 상면측 방향인 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    발생된 자기장의 분포 방향은 상기 페라이트의 이동에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  5. 로드부;
    상기 로드부의 상면 일측에 배치되는 제 1 페라이트;
    상기 제 1 페라이트의 상면 일측에 배치되는 제 2 페라이트;
    상기 제 2 페라이트의 내측에 배치되는 코일; 및
    상기 코일의 주변부에서 이동 가능하게 배치되며 자기장을 발생시키는 제 3 페라이트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 제 2 페라이트의 내측과 접촉되게 배치되는 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 코일은 환형 형상으로 배치되고, 상기 제 3 페라이트는 원형 형상인 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    발생된 자기장의 분포 방향은 상기 제 3 페라이트의 상면측 방향인 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    발생된 자기장의 분포 방향은 상기 제 3 페라이트의 이동에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  10. 로드부;
    상기 로드부의 상면에 배치되어 자기장을 발생시키고, 요홈이 형성되는 다수의 페라이트; 및
    상기 요홈내에서 이동 가능하게 배치되는 코일;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 페라이트는 상기 로드부에 일정깊이로 삽입되어 상기 요홈의 밑면과 상기 로드부의 표면의 위치가 일치하게 설치되는 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 코일은 환형 형상으로 배치되고, 상기 다수의 페라이트는 가로 막대 형상으로서 원형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    발생된 자기장의 분포 방향은 상기 다수의 페라이트의 상면측 방향인 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    발생된 자기장의 분포 방향은 상기 코일의 이동에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 자기장 분포 제어 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 자기장 분포 제어 장치; 및
    코일의 인덕턴스 값을 상쇄하여 구동 주파수 영역에서 공진을 조정하기 위한 커패시터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.
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