KR101589945B1 - 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나 - Google Patents

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김진곤
이윤만
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주식회사 브이엠티
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Abstract

본 발명은 서로 떨어져 위치하는 공진 코일 및 루프 코일을 포함하는 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나로서, 상기 루프 코일을 지지하는 루프 코일 지지체; 상기 공진 코일을 지지하는 공진 코일 지지체; 상기 푸프 코일 지지체 및 공진 코일 지지체 사이에서 이들과 접촉하는 스페이서; 및 상기 공진 코일 지지체 및 스페이서의 움직임을 방지하면서 상기 루프 코일 지지체와 분리 가능하게 결합하는 덮개;를 포함한다.

Description

자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나{MAGNETIC RESONANCE ANTENNA FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION}
본 발명은 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공진 코일과, 루프 코일과, 이들을 지지하는 유전체를 갖는 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나에 관한 것이다.
최근 전원선을 사용하지 않고 자유 공간을 매질로 하여 전력을 전송하는 무선 전력 전송 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 휴대용 기기 및 가전용 전자 제품이 다양해 짐에 따라 근거리에서 대전력으로 전력을 전송하는 기술에 대한 수요가 증가하고 있다.
무선 전력 전송 기술은 전자파의 방사를 이용하는 방식과 자기장의 유도 결합을 이용하는 방식으로 크게 분류될 수 있는데, 두 물체의 진동수가 같아졌을 때 두 물체 간에 에너지가 전송되는 현상에 기반을 둔 자기공명방식은 후자에 속한다.
자기공명방식 무선 전력 전송에 사용되는 안테나는 공진 코일 및 루프 코일을 포함한다. 상기 공진 코일은 나선 형태로 마련되고, 상기 루프 코일은 루프 형태로 마련된다. 공진 코일과 루프 코일은 구리와 같이 전도율이 높은 소재로 제조된다.
상기 안테나가 송신용인 경우, 루프 코일은 전원과 연결되어 있고, 공진 코일은 루프 코일과 이웃하여 위치한다. 그리고 상기 안테나가 수신용인 경우, 공진 코일은 송신용 안테나의 공진 코일과 동일한 공진 주파수를 갖고, 루프 코일은 상기 공진 코일과 이웃하여 위치하면서 전자 기기의 배터리와 연결되어 있다. 전원의 전력은 송신용 안테나의 송신용 루프 코일로 여기된 후, 송신용 안테나의 공진 코일, 수신용 안테나의 공진 코일 및 수신용 안테나의 루프 코일로 차례로 전달된 후 상기 배터리로 공급된다.
현재, 자기공명방식 무선 전력 전송에 사용되는 안테나의 위와 같은 공진 코일 및 루프 코일은 판 형태의 유전체에 부착되고 있다. 예컨대, 한국공개특허 제10-2011-00075105호는 자기공명방식 무선 전력 전송에 사용되는 안테나의 공진 코일 및 루프 코일을 개시하고 있는데, 여기서 상기 공진 코일은 판 형태 유전체의 일면에 나선 형태로 부착되고, 상기 루프 코일은 공진 코일이 부착된 면과 동일한 면상에서 공진 코일의 중심부에 간격을 두고 부착된다.
이와 같이 종래기술에 따르면 자기공명방식 무선 전력 전송에 사용되는 안테나의 공진 코일이 판 형태 유전체의 일면에 부착된다. 따라서 종래기술에서는 공진 코일이 나선 형태로 감기면서 부착될 수 있을 정도의 넓이가 유전체의 일면에 마련되어야 하고, 이로 인해 안테나 크기를 소형화하는데 있어서 한계가 존재한다.
또한 종래기술에 따르면 루프 코일이 부착되는 면과 공진 코일이 부착되는 면이 동일하다. 따라서 루프 코일이 부착될 부위까지도 유전체의 일면에 마련되어야 하고, 이로 인해 안테나 크기의 소형화는 더욱 어렵게 된다. 또한 루프 코일과 공진 코일이 유전체의 동일한 면에 부착되면, 루프 코일 및 공진 코일 중 어느 하나에만 하자가 발생하더라도 안테나 전체를 교체하여야 하는 문제와, 루프 코일과 공진 코일이 유전체에 부착된 이후에 양자 간의 거리가 조절될 수 없는 문제도 발생하게 된다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점들을 해결할 수 있는 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나를 제공하고자 한다.
본 발명은 서로 떨어져 위치하는 공진 코일 및 루프 코일을 포함하는 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나로서, 상기 루프 코일을 지지하는 루프 코일 지지체; 상기 공진 코일을 지지하는 공진 코일 지지체; 상기 푸프 코일 지지체 및 공진 코일 지지체 사이에서 이들과 접촉하는 스페이서; 및 상기 공진 코일 지지체 및 스페이서의 움직임을 방지하면서 상기 루프 코일 지지체와 분리 가능하게 결합하는 덮개;를 포함한다.
상기 루프 코일 지지체에는 상기 루프 코일을 끼우기 위한 루프 코일 끼움홈이 마련되고, 상기 루프 코일 끼움홈은 상기 루프 코일 지지체와 상기 덮개 간 결합시 상기 루프 코일 지지체와 상기 스페이서 사이에 끼이는 링 커버에 의해 덮인다.
상기 공진 코일 지지체의 면들 중 상기 스페이서와 마주하는 스페이서 대향면에는 상기 공진 코일을 끼우기 위한 나선 형태의 공진 코일 끼움홈이 마련되고, 상기 스페이서 대향면의 공진 코일 끼움홈은 상기 루프 코일 지지체와 상기 덮개 간 결합시 상기 스페이서에 의해 덮인다.
상기 스페이서 대향면의 반대면인 덮개 대향면에도 상기 공진 코일 끼움홈이 마련되고, 상기 공진 코일 지지체에는 상기 공진 코일 끼움홈의 적어도 일부 구간을 끊는 관통홀이 마련되며, 상기 덮개 대향면의 공진 코일 끼움홈은 상기 루프 코일 지지체와 상기 덮개 간 결합시 상기 덮개에 의해 덮인다.
상기 공진 코일 지지체의 면들 중 상기 덮개와 마주하는 덮개 대향면에는 상기 공진 코일을 끼우기 위한 나선 형태의 공진 코일 끼움홈이 마련되고, 상기 덮개 대향면의 공진 코일 끼움홈은 상기 루프 코일 지지체와 상기 덮개 간 결합시 상기 덮개에 의해 덮인다.
상기 스페이서는, 상기 루프 코일 지지체와 마주하는 루프 코일 지지체 대향면; 및 상기 루프 코일 지지체 쪽으로 돌출하도록 상기 루프 코일 지지체 대향면에 마련되어 상기 루프 코일 지지체와 접촉하는 복수의 돌출부들;를 포함한다.
이때, 상기 루프 코일 지지체에는 복수의 원호 형태 돌출부들이 서로 평행하게 마련되고, 상기 원호 형태 돌출부들은 상기 스페이서의 돌출부들과 접촉한다.
본 발명에 의하면, 루프 코일 지지체와 공진 코일 지지체가 나뉘어 있기 때문에 공진 코일과 루프 코일 모두를 유전체의 동일한 면으로 지지하는 종래기술에 비해 안테나의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 루프 코일 지지체와 공진 코일 지지체가 분리 가능하게 결합하고 있기 때문에 공진 코일 및 루프 코일 중 어느 하나에 하자가 발생하더라도 이 하자가 발생한 코일을 지지하는 지지체만의 교체가 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면, 루프 코일 지지체와 공진 코일 지지체 사이에 스페이서가 개재되어 있기 때문에 서로 다른 크기의 스페이서들을 사용해 가면서 루프 코일 지지체와 공진 코일 지지체 간 거리를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 루프 코일과 공진 코일의 지지에 접착제가 불필요하고, 그러면서도 루프 코일 및 공진 코일의 위치 이탈이 방지된다.
또한, 본 발명에 의하면, 공진 코일 지지체의 서로 반대되는 두 면들 모두가 공진 코일의 지지에 사용되고, 이로 인해 어느 한 면만을 공진 코일의 지지에 사용하는 종래기술에 비해 안테나의 크기를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나에서 덮개가 제거된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 단면 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나의 스페이서를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나의 덮개를 도시한 평면도이다.
이하, 본 발명에 따른 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
본 발명에 따른 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나(100)는 자기공명방식으로 전력을 무선 송신하거나 무선 수신하는데 사용되기 위한 것으로서, 공진 코일(미도시) 및 루프 코일(미도시)을 포함한다. 상기 공진 코일(미도시) 및 루프 코일(미도시)은 구리, 에나멜로 표면 코팅된 구리 등과 같이 전도율이 높은 소재로 제조되고, 그 기능은 종래와 동일하다.
상기 안테나(100)는 유전체인 루프 코일 지지체(110)를 포함하는데, 이 루프 코일 지지체(110)는 상기 루프 코일을 지지하기 위한 것이다. 또한, 상기 안테나(100)는 공진 코일 지지체(130)를 포함하는데, 이 공진 코일 지지체(130)는 상기 공진 코일을 지지하기 위한 것이다.
상기 안테나(100)는 이 외에도 유전체인 스페이서(150) 및 덮개(170)를 포함한다. 상기 스페이서(150)는 루프 코일 지지체(110) 및 공진 코일 지지체(130) 사이에 위치하는 것으로서, 상기 덮개(170)와 루프 코일 지지체(110)가 결합하였을 때 루프 코일 지지체(110) 및 공진 코일 지지체(130)와 접촉하게 된다. 상기 덮개(170)는 루프 코일 지지체(110)와 분리 가능하게 결합하는 것으로서, 이 결합이 이루어졌을 때 공진 코일 지지체(130) 및 스페이서(150)의 움직임을 방지하게 된다.
루프 코일 지지체(110)와 덮개(170) 간 분리 가능한 결합은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 이 결합은 억지 끼움 방식으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 루프 코일 지지체(110)의 중앙 돌출부(112)와 덮개(170)의 중앙 돌출부(172) 간, 그리고 루프 코일 지지체(110)의 테두리 돌출부(114)와 덮개(170)의 테두리 돌출부(174) 간에는 억지 끼움 결합이 이루어진다. 이때, 덮개(170)의 중앙 돌출부(172)는 공진 코일 지지체(130)의 중공(132) 및 스페이서(150)의 중공(152)을 통과하게 되는데, 이 때문에 루프 코일 지지체(110)와 덮개(170) 간 결합이 이루어졌을 때 공진 코일 지지체(130) 및 스페이서(150)의 움직임이 방지된다.
한편, 루프 코일 지지체(110)의 중앙 돌출부(112) 및 덮개(170)에는 각각 중앙홀(116, 176)이 마련되는데, 이 중앙홀(116, 176)로는 상기 안테나(100)가 장착될 기기(예컨대, 압연 롤러 등)에 마련된 스크류 로드(미도시)가 삽입된다. 이 스크류 로드에 장착된 안테나(100)는 스크류 로드에 체결되는 너트에 의해 고정된다.
이상과 같은 안테나(100)에 따르면 루프 코일을 지지하는 루프 코일 지지체(110)와 공진 코일을 지지하는 공진 코일 지지체(130)가 나뉘어 있다. 따라서 공진 코일과 루프 코일 모두를 유전체의 동일한 면으로 지지하는 종래기술에 비해 안테나(100)의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 상기 안테나(100)에서는 루프 코일 지지체(110)와 공진 코일 지지체(130)가 분리 가능하게 결합하고 있다. 따라서 공진 코일 및 루프 코일 중 어느 하나에 하자가 발생하더라도 이 하자가 발생한 코일을 지지하는 지지체만을 교체할 수 있다.
또한, 상기 안테나(100)에서는 루프 코일 지지체(110)와 공진 코일 지지체(130) 사이에 스페이서(150)가 개재되어 있기 때문에 서로 다른 크기의 스페이서들을 사용해 가면서 루프 코일 지지체(110)와 공진 코일 지지체(130) 간 거리를 조절할 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면 공진 코일 및 루프 코일 간 거리가 쉽게 조절될 수 있고, 이로 인해 안테나(100)의 전력 송수신 효율의 조절 또한 용이하다.
한편, 루프 코일이 루프 코일 지지체(110)에 접착제와 같은 수단에 의해 접착될 경우 안테나(100)의 전력 송수신 효율이 설계된 것보다 낮게 되는 문제가 생긴다. 따라서 루프 코일은 루프 코일 지지체(110)에 접착되지 않는 것이 좋다. 이를 위해 루프 코일 지지체(110)의 일면(스페이서(150)와 마주하는 면)에는 대략 원 형태의 루프 코일 끼움홈(118)이 마련되고, 이 루프 코일 끼움홈(118)으로 루프 코일이 삽입된다.
루프 코일이 루프 코일 끼움홈(118)에 단순히 삽입만 되어 있는 경우 루프 코일이 루프 코일 끼움홈(118)으로부터 이탈하는 현상이 발생할 수 있다. 특히, 이러한 현상은 안테나(100)가 압연 롤러와 같은 회전체에 장착되는 경우에 심하게 발생할 수 있다. 이에 상기 안테나(100)는 유전체인 링 커버(180)를 포함한다. 상기 링 커버(180)는 루프 코일 지지체(110)와 덮개(170) 간 결합시 루프 코일 지지체(110)와 스페이서(150) 사이에 끼이게 된다. 이때, 링 커버(180)는 루프 코일 끼움홈(118)을 덮어 루프 코일의 이탈을 방지하고, 스페이서(150)의 중앙 돌출부(154)에 의해 가압된다. 이 중앙 돌출부(154)는 중공(152)의 주변에 위치하도록 루프 코일 지지체 대향면(루프 코일 지지체(110)와 마주하는 스페이서(150)의 면)에 마련되어, 상기 루프 코일 지지체(110) 쪽으로 돌출한 부재이다. 한편, 링 커버(180)에는 루프 코일 지지체(110)의 중앙 돌출부(112)가 삽입되기 위한 중공(182)이 마련되어 있다.
상기 공진 코일은 루프 코일과 마찬가지로 공진 코일 지지체(130)에 접착되지 않는 것이 좋다. 따라서 공진 코일 지지체(130)의 스페이서 대향면(스페이서(150)와 마주하는 면)에는 나선 형태의 공진 코일 끼움홈(134)이 마련되고, 이 공진 코일 끼움홈(134)으로 공진 코일이 삽입된다. 그리고 이 공진 코일 끼움홈(134)은 루프 코일 지지체(110)와 덮개(170) 간 결합시 스페이서(150)에 의해 덮이게 되는데, 이는 공진 코일의 이탈을 방지하기 위함이다.
상기 공진 코일 끼움홈(134)은 스페이서 대향면 뿐만 아니라 이의 반대면인 덮개 대향면에도 마련된다. 또한, 공진 코일 지지체(130)에는 관통홀(136)이 마련되는데, 이 관통홀(136)은 공진 코일 끼움홈(134)의 일부 또는 전부를 끊도록 이루어져 있다.
이와 같이 공진 코일 지지체(130)가 공진 코일 끼움홈(134)을 스페이서 대향면 및 덮개 대향면 모두에 구비하면서 상기 관통홀(136)까지도 구비하면, 연속적으로 연장하는 공진 코일이 스페이서 대향면 및 덮개 대향면에서 지지될 수 있다. 예컨대, 공진 코일은 스페이서 대향면의 공진 코일 끼움홈(134)에 삽입된 후 관통홀(136)을 통과하여 덮개 대향면의 공진 코일 끼움홈(134)에 삽입될 수 있고, 이후 관통홀(136)을 반대로 통과하여 다시 스페이서 대향면의 공진 코일 끼움홈(134)에 삽입되는 식이다. 따라서 본 발명에 따르면, 공진 코일 지지체(130)의 서로 반대되는 두 면(스페이서 대향면 및 덮개 대향면) 모두가 공진 코일의 지지에 사용될 수 있고, 이로 인해 어느 한 면만을 공진 코일의 지지에 사용하는 종래기술에 비해 안테나(100)의 크기를 줄일 수 있다.
한편, 덮개 대향면의 공진 코일 끼움홈(134)은 루프 코일 지지체(110)와 덮개(170) 간 결합시 덮개(170)에 의해 덮이게 되는데, 이는 덮개 대향면의 공진 코일 끼움홈(134)에 삽입된 공진 코일의 이탈을 방지하기 위함이다. 또한, 상술한 바와 달리 공진 코일 끼움홈(134)은 덮개 대향면에만 마련될 수도 있다.
상기 스페이서(150)의 루프 코일 지지체 대향면에는 상술한 바와 같이 중앙 돌출부(154)가 마련되는데, 이 외에 상기 루프 코일 지지체 대향면에는 복수의 이격 돌출부들(156)도 마련된다. 상기 이격 돌출부들(156)은 상기 중앙 돌출부(154)의 주변에서 원주 방향을 따라 나열되고, 루프 코일 지지체(110) 쪽으로 돌출되어 있다. 이러한 이격 돌출부들(156)은 루프 코일 지지체(110)와 덮개(170) 간 결합시 루프 코일 지지체(110)의 원호 형태 돌출부들(120)과 접촉하게 된다.
여기서, 상기 원호 형태 돌출부들(120)은 루프 코일 끼움홈(118)의 외측에 위치하면서 서로 평행하게 나열된 것으로서, 그 이름에서 알 수 있듯이 완전한 원 형태가 아니고 원의 일부가 끊긴 원호 형태이다. 따라서 이격 돌출부들(156)과 원호 형태 돌출부들(120)이 접촉하였을 때 스페이서(150)와 루프 코일 지지체(110) 간에는 약간의 이격 공간이 생기게 되고, 이 이격 공간으로 인해 커넥터(190)의 설치가 가능하게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
100 : 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나
110 : 루프 코일 지지체 112 : 중앙 돌출부
114 : 테두리 돌출부 116 : 중앙홀
118 : 루프 코일 끼움홈 120 : 원호 형태 돌출부
130 : 공진 코일 지지체 132 : 중공
134 : 공진 코일 끼움홈 136 : 관통홀
150 : 스페이서 152 : 중공
154 : 중앙 돌출부 156 : 이격 돌출부
170 : 덮개 172 : 중앙 돌출부
174 : 테두리 돌출부 176 : 중앙홀
180 : 링 커버 182 : 중공
190 : 커넥터

Claims (7)

  1. 서로 떨어져 위치하는 공진 코일 및 루프 코일을 포함하는 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나에 있어서,
    상기 루프 코일을 지지하는 루프 코일 지지체;
    상기 공진 코일을 지지하는 공진 코일 지지체;
    상기 루프 코일 지지체 및 공진 코일 지지체 사이에서 이들과 접촉하는 스페이서; 및
    상기 공진 코일 지지체 및 스페이서의 움직임을 방지하면서 상기 루프 코일 지지체와 분리 가능하게 결합하는 덮개;를 포함하는 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 루프 코일 지지체에는 상기 루프 코일을 끼우기 위한 루프 코일 끼움홈이 마련되고, 상기 루프 코일 끼움홈은 상기 루프 코일 지지체와 상기 덮개 간 결합시 상기 루프 코일 지지체와 상기 스페이서 사이에 끼이는 링 커버에 의해 덮이는 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공진 코일 지지체의 면들 중 상기 스페이서와 마주하는 스페이서 대향면에는 상기 공진 코일을 끼우기 위한 나선 형태의 공진 코일 끼움홈이 마련되고, 상기 스페이서 대향면의 공진 코일 끼움홈은 상기 루프 코일 지지체와 상기 덮개 간 결합시 상기 스페이서에 의해 덮이는 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스페이서 대향면의 반대면인 덮개 대향면에도 상기 공진 코일 끼움홈이 마련되고, 상기 공진 코일 지지체에는 상기 공진 코일 끼움홈의 적어도 일부 구간을 끊는 관통홀이 마련되며, 상기 덮개 대향면의 공진 코일 끼움홈은 상기 루프 코일 지지체와 상기 덮개 간 결합시 상기 덮개에 의해 덮이는 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공진 코일 지지체의 면들 중 상기 덮개와 마주하는 덮개 대향면에는 상기 공진 코일을 끼우기 위한 나선 형태의 공진 코일 끼움홈이 마련되고, 상기 덮개 대향면의 공진 코일 끼움홈은 상기 루프 코일 지지체와 상기 덮개 간 결합시 상기 덮개에 의해 덮이는 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는,
    상기 루프 코일 지지체와 마주하는 루프 코일 지지체 대향면; 및
    상기 루프 코일 지지체 쪽으로 돌출하도록 상기 루프 코일 지지체 대향면에 마련되어 상기 루프 코일 지지체와 접촉하는 복수의 돌출부들;를 포함하는 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 루프 코일 지지체에는 복수의 원호 형태 돌출부들이 서로 평행하게 마련되고, 상기 원호 형태 돌출부들은 상기 스페이서의 돌출부들과 접촉하는 자기공명방식 무선 전력 송수신용 안테나.



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