KR101654562B1 - 원통형 하우징에 장착되는 무선전력 수신기 - Google Patents

원통형 하우징에 장착되는 무선전력 수신기 Download PDF

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KR101654562B1
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한승훈
이은수
정석용
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(주)테슬라스
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Abstract

본 실시예들은 하우징이 형성한 원통의 밑면에 위치하는 적어도 하나의 코어, 하우징이 형성한 원통의 옆면에 위치하며 적어도 하나의 코어에 연결된 적어도 하나의 코어날개, 및 적어도 하나의 코어에 권선된 코일을 포함함으로써, 시변 자기장이 원통의 옆면을 통과하게 되어 전력 수신 방향에 상관없이 전력을 수신하고 동시에 하우징의 공간적 활용도를 높일 수 있는 무선전력 수신기를 제공한다.

Description

원통형 하우징에 장착되는 무선전력 수신기 {Wireless Power Receiver Mounted on Cylindrical Housing}
본 실시예가 속하는 기술 분야는 무선전력 수신기에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일상에서 사용되는 리모콘, 무선마우스, 시계, 노트북, 장남감, 도어락, 전기자전거, 전기자동차 등 다양한 전자기기는 배터리로 구동된다. 배터리는 크게 일반 건전지, 버튼셀, 및 폴리머 배터리로 구분된다.
일반 건전지는 1.2 V 내지 9 V의 전압을 출력하며 원통형의 형상을 갖는다. 일반 건전지로는 알카라인, 망간 건전지, 니켈-수소 충전지, 니켈-카드뮴 충전지 등이 있다. 버튼셀은 단추 정도의 작은 크기를 갖고, 다양한 규격으로 제작된다. 버튼셀로는 알카라인 버튼셀, 리튬 버튼셀, 산화은 버튼셀, 공기아연전지 등이 있다. 폴리머 배터리는 주로 3.7 V의 전압을 출력하며, 전자기기의 설계에 따라 크기 조절이 가능하다. 폴리머 배터리로는 리튬이온 전지 등이 있다.
사용자들은 일반 건전지로 대부분 일회용 건전지를 사용한다. 충전지를 충전하기 위해서는, 사용자들이 각 제조업체마다 제작한 충전지에 맞는 별도의 충전장치를 구매해야 하기 때문이다. 또한, 충전장치의 가격이 일회용 건전지의 가격보다 몇 배나 높아서, 사용자들은 충전지의 구매를 기피하게 된다. 한편, 사용자들은 전자기기의 배터리 커버를 여는 행위, 수명이 다한 배터리를 여분의 배터리로 교체하는 행위, 배터리 커버를 닫는 행위 등의 일련의 동작에 대하여, 사용자들은 매우 번거로움을 느낀다.
이러한 불편을 해소하기 위하여, 사용자들은 비접촉식 충전방식으로 배터리를 충전하고자 한다. 하지만, 전자기기 본체에 별도의 무선 충전장치가 구비된 경우에만, 전자기기가 무선 충전을 할 수 있는 문제점이 있다.
이상에서 언급한 문제점들을 해결한 무선 충전이 가능한 무선전력 수신기는 아직 구현되지 못한 실정이다.
본 발명의 발명자는 무선 충전이 가능한 배터리가 필요한 점에 주목하여, 일반 건전지의 외형을 갖는 하우징에 장착되어 전력 수신 방향이 제한되지 않는 무선전력 수신기의 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 하우징이 형성한 원통의 밑면에 위치하는 적어도 하나의 코어, 하우징이 형성한 원통의 옆면에 위치하며 적어도 하나의 코어에 연결된 적어도 하나의 코어날개, 및 적어도 하나의 코어에 권선된 코일을 포함함으로써, 시변 자기장이 원통의 옆면을 통과하게 되어 전력 수신 방향에 상관없이 전력을 수신하고 동시에 하우징의 공간적 활용도를 높이는 데 발명의 주된 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 원통형의 외형을 갖는 하우징에 장착되는 무선전력 수신기에 있어서, 상기 하우징이 형성한 원통의 밑면에 위치하는 적어도 하나의 코어, 상기 하우징이 형성한 원통의 옆면에 위치하며, 상기 적어도 하나의 코어에 연결된 적어도 하나의 코어날개, 및 상기 적어도 하나의 코어에 권선된 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 하우징이 형성한 원통의 밑면에 위치하는 적어도 하나의 코어, 하우징이 형성한 원통의 옆면에 위치하며 적어도 하나의 코어에 연결된 적어도 하나의 코어날개, 및 적어도 하나의 코어에 권선된 코일을 포함함으로써, 시변 자기장이 원통의 옆면을 통과하게 되어 전력 수신 방향에 상관없이 전력을 수신하고 동시에 하우징의 공간적 활용도를 높일 수 있는 효과가 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 수신기를 예시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급장치의 하우징을 예시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 무선전력 수신기의 다양한 구조들을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 예시적인 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 예시적인 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 회전각도를 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 회전각도에 따라 측정된 유도전압 그래프이다.
도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 날개각도를 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 날개각도에 따라 측정된 유도전압 그래프이다.
도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 날개각도 및 회전각도를 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 날개각도 및 회전각도에 따라 측정된 유도전압 그래프이다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 수신기를 예시한 블록도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 무선전력 전송 시스템 은 전력 소스(10), 무선전력 송신기(20), 및 전력공급장치(30)를 포함한다.
전력 소스(10)는 무선전력 송신기(20)에 전력을 공급한다. 전력 소스(100)는 소정의 주파수로 동작하는 교류 전력을 제공하는 교류 전력 소스일 수 있다.
무선전력 송신기(20)의 양단은 전력 소스(10)의 양단에 연결된다. 전력 소스(10)에서 생성된 전력은 무선전력 송신기(20)로 전달된다. 무선전력 송신기(20)는 전자기 유도 방식, 자기 공진 방식, 또는 이들의 조합 등을 이용하여 무선전력 수신기(50)로 전력을 전달한다.
무선전력 송신기(20)가 전자기 유도 방식을 이용하는 경우에, 무선전력 송신기(20)의 1차 코일은 교번하는 자기장을 발생시키고, 무선전력 수신기(50)의 2차 코일에서는 자기장의 변화에 따라 전류가 유도된다.
무선전력 송신기(20)가 자기 공진 방식을 이용하는 경우에, 무선전력 송신기(20)는 공진 주파수 값이 동일한 무선전력 수신기(50)로 전력을 전달한다. 무선전력 송신기(20)의 LC 공진회로는 임피던스 매칭된 무선전력 수신기(50)의 LC 공진회로로 전력을 전송한다. LC 공진회로는 인덕터와 캐패시터로 구성될 수 있고, 적절한 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 가질 수 있다. 캐패시터는 가변 캐패시터일 수 있으며, 가변 캐패시터를 조절하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
무선전력 송신기(20)는 코어 및 코일을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 전력공급장치(30)는 하우징(40), 무선전력 수신기(50), 임피던스 매칭부(60), 정류부(70), 평활부(80), 및 충전부(90)를 전부 또는 일부 포함한다. 전력공급장치(30)는 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.
전력공급장치(30)는 무선전력송신기(20)로부터 전력을 수신하여 전자기기에 전력을 공급한다. 전력공급장치(30)는 휴대폰, 노트북, 마우스 등 전력이 필요한 전자기기에 장착될 수 있다.
하우징(40)은 전력공급장치(30)의 내부 부품을 둘러싸고 있는 케이스이다. 즉, 하우징(40)은 무선전력 수신기(50)가 장착되는 케이스이다. 하우징(40)은 원통형 형상을 갖는다. 하우징(40)이 형성한 원통은 표준규격의 원통형 배터리(Cylindrical Battery) 형상일 수 있다. 여기서, 표준규격의 원통형 배터리는 AAA, AA, C, 또는 D 타입일 수 있다. 도 2를 참조하면, 하우징(40)은 양 밑면에 전극(42, 43)이 위치하고, 옆면 내부에 내부공간(45)를 갖는다. 하우징(40)의 내부공간(45)에는 무선전력 수신기(50), 임피던스 매칭부(60), 정류부(70), 평활부(80), 및 충전부(90) 중 적어도 하나가 장착될 수 있다.
무선전력 수신기(50)는 무선전력 송신기(20)로부터 전력을 수신한다. 무선전력 수신기(50)는 코어(100), 코어날개(200), 및 코일(300)을 포함한다. 코어(100)는 하우징(40)이 형성한 원통의 밑면에 위치한다. 코어날개(200)는 하우징(40)이 형성한 원통의 옆면에 위치하며, 코어(100)에 연결된다. 코일(300)은 코어(100)에 권선된다.
임피던스 매칭부(60)는 무선전력 수신기(50)와 연결되어 임피던스를 보상한다. 무선전력 수신기(50)의 2차 코일의 공진 주파수를 조정한다. 무선전력 수신기(50)의 2차코일은 무선전력 송신기(20)의 1차 코일에 의해 형성된 자계의 공진 주파수와 일치하는 공진 주파수를 갖는다. 따라서 무선전력 수신기(50)는 1차 코일과 공진채널을 형성하여 무선전력 송신기(20)로부터 전력을 전송받는다.
정류부(70)는 무선전력 수신기(50) 또는 임피던스 매칭부(60)에 연결되어, 수신된 교류전력을 직류전력으로 변환한다. 정류부(70)는 적어도 하나의 다이오드를 포함할 수 있다. 예컨대, 정류부(70)는 반파 정류회로, 전파 정류회로, 브리지 정류회로, 배전압 정류회로 등 다양한 방식의 정류회로로 구현될 수 있다.
평활부(80)는 정류부(70)에 연결되어 정류된 출력전원을 평활한다. 즉, 평활부(80)는 정류부(70)로부터 출력된 직류전력의 리플 성분을 제거하여 완전한 직류전력을 출력할 수 있다. 평활부(80)는 커패시터를 포함할 수 있다.
충전부(90)는 전력을 저장하는 임의의 충전지 또는 장치일 수 있다. 예컨대, 충전부(90)는 캐패시터, 2차 전지 등을 포함할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 무선전력 수신기의 다양한 구조들을 예시한 도면이다. 코어(100)는 적어도 하나의 코어중심 및 적어도 하나의 코어브랜치를 포함한다. 적어도 하나의 코어브랜치는 적어도 하나의 코어중심으로부터 외부 방향으로 연장되어 형성한다. 적어도 하나의 코어중심 및 적어도 하나의 코어브랜치가 이루는 형상이‘+’형상 또는 ‘-’형상을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 코어날개는 적어도 하나의 코어브랜치에 수직방향으로 연장되고, 적어도 하나의 코어날개 및 적어도 하나의 코어브랜치가 이루는 형상이 ‘ㅁ’형상 또는 ‘ㄷ’형상을 포함할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 적어도 하나의 코어중심 및 적어도 하나의 코어브랜치가 이루는 형상이‘+’형상이고, 적어도 하나의 코어날개 및 적어도 하나의 코어브랜치가 이루는 형상이 ‘ㅁ’형상이다. 적어도 하나의 코어중심은 원통의 일 밑면에 위치한 제1코어중심(121a) 및 원통의 타 밑면에 위치한 제2코어중심(122a)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 코어브랜치는 제1코어중심(121a)으로부터 외부 방향으로 연장된 적어도 하나의 제1코어브랜치(141a, 142a, 143a, 144a) 및 제2코어중심(122a)으로부터 외부 방향으로 연장된 적어도 하나의 제2코어브랜치(151a, 152a, 153a, 154a)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 코어날개(201a, 202a, 203a, 204a)는 적어도 하나의 제1코어브랜치(141a, 142a, 143a, 144a) 및 적어도 하나의 제2코어브랜치(151a, 152a, 153a, 154a)를 연결할 수 있다. 즉, 코어날개(201a)는 제1-1코어브랜치(141a) 및 제2-1코어브랜치(151a)를 연결하고, 코어날개(202a)는 제1-2코어브랜치(142a) 및 제2-2코어브랜치(152a)를 연결하고, 코어날개(203a)는 제1-3코어브랜치(143a) 및 제2-3코어브랜치(153a)를 연결하고, 코어날개(204a)는 제1-4코어브랜치(144a) 및 제2-4코어브랜치(154a)를 연결할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 적어도 하나의 코어중심 및 적어도 하나의 코어브랜치가 이루는 형상이‘+’형상이고, 적어도 하나의 코어날개 및 적어도 하나의 코어브랜치가 이루는 형상이 ‘ㄷ’형상이다. 도 3a와 달리, 코어(100)는 원통의 일 밑면에 위치한 제1코어중심(121b)을 포함하고, 원통의 타 일면에 코어중심을 포함하지 않는다. 코어브랜치는 제1코어중심(121b)으로부터 외부 방향으로 연장된 적어도 하나의 제1코어브랜치(141b, 142b, 143b, 144b)를 포함할 수 있다. 코어날개(201b, 202b, 203b, 204b)는 적어도 하나의 제1코어브랜치(141a, 142a, 143a, 144a)에 연결된다.
도 3c를 참조하면, 적어도 하나의 코어중심 및 적어도 하나의 코어브랜치가 이루는 형상이‘-’형상이고, 적어도 하나의 코어날개 및 적어도 하나의 코어브랜치가 이루는 형상이 ‘ㄷ’형상이다. 도 3a와 달리, X축 방향에서 바라볼 때, 코어브랜치가 중첩되지 않는다. 즉, 제1코어중심(121b)으로부터 Y축방향으로 제1코어브랜치(142c, 144c)가 형성되고, 제2코어중심(121b)으로부터 Z축방향으로 제2코어브랜치(151c, 153c)가 형성된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 예시적인 정면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 예시적인 측면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 적어도 하나의 코어중심(121, 122)은 하우징(40)이 형성한 원통의 중심축(110)을 통과할 수 있다. 원통의 중심축(110)은 X축과 평행할 수 있다.
코일(300)은 제1코일(301, 303, 305, 307) 및 제2코일(302, 304)을 포함할 수 있다. 제1코일(301, 303, 305, 307)은 제1-1코어브랜치(141), 제1-3코어브랜치(143), 제2-1코어브랜치(151), 및 제2-3코어브랜치(153) 중 적어도 하나에 권선될 수 있다. 제2코일(302, 304)은 제1-2코어브랜치(142), 제1-4코어브랜치(144), 제2-2코어브랜치, 및 제2-4코어브랜치 중 적어도 하나에 권선될 수 있다. 다시 말해, 코어는 직축(Direct Axis) 방향으로 배치된 일자형 코어와 횡축(Quadrature Axis) 방향으로 배치된 일자형 코어를 수직으로 겹친 십자형(+)을 형성한다. 십자형의 코어에서 겹치지 않는 4개의 코어브랜치 각각에는 코일이 나선형으로 권선된다. 여기서, 제1코일(301, 303, 305, 307) 및 제2코일(302, 304)은 각각 D-코일 및 Q-코일이라고 지칭할 수 있다. 코일(300)은 리츠 와이어(Litz Wire)로 구현될 수 있다.
코일(300)만으로 무선전력을 수신하면, 권선된 코일의 내부 공간에 자기저항이 발생하는 문제점이 발생한다. 자기저항을 줄이기 위하여 코일(300) 내부에 코어를 삽입한다. 코어가 삽입된 코일은 코어가 삽입되지 않은 코일에 비하여 자기저항의 감소를 통해 대략 50배 정도 자속 밀도가 증가하는 효과가 있다.
코어날개(200)는 시변 자기장에 의해 형성된 자속이 코어(100)를 통과할 수 있도록 자속 경로를 생성한다. Y축 방향의 시변 자기장은 제2코어날개(202) 및 제4코어날개(204) 중 적어도 하나에 유입되어, 제1-2코어브랜치(142), 제1-4코어브랜치(144), 제2-2코어브랜치, 및 제2-4코어브랜치 중 적어도 하나로 자속이 통과하게 된다. 코어(100)의 자기저항이 코어날개(200)가 위치하는 원통의 옆면의 내부 공간(45)의 자기저항보다 작으므로, 대부분의 자속은 제1-2코어브랜치(142), 제1-4코어브랜치(144), 제2-2코어브랜치, 및 제2-4코어브랜치 중 적어도 하나를 통과하게 된다. 코어(100)는 자기저항이 작은 재질로 구현된다. 코어(100) 및 코어날개(200)는 페라이트 코어 또는 아몰퍼스 자성체 등으로 구현할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
마찬가지로, Z축 방향의 시변 자기장은 제1코어날개(201) 및 제3코어날개(203) 중 적어도 하나에 유입되어, 제1-1코어브랜치(141), 제1-3코어브랜치(143), 제2-1코어브랜치(151), 및 제2-3코어브랜치(153) 중 적어도 하나로 자속이 통과하게 된다. 따라서, YZ평면상에 하나의 축 방향으로 발생한 시변 자기장은 원통형 구조를 갖는 무선전력 수신기(50)의 제1-1코어브랜치(141), 제1-2코어브랜치(142), 제1-3코어브랜치(143), 제1-4코어브랜치(144), 제2-1코어브랜치(151), 제2-2코어브랜치, 제2-3코어브랜치(153), 및 제2-4코어브랜치 중 적어도 하나를 통과하게 된다.
도 3a 내지 도 3c와 같이, 직교하는 형상으로 배치된 코어의 두 축에 수직으로 형성된 코어날개로 시변 자기장이 유입되고, 두 축으로 형성된 코어에 감긴 제1코일 및 제2코일이 직렬 또는 병렬 연결됨으로써, 원통의 회전각도(원통이 놓인 상태)에 상관없이 전력을 수신할 수 있는 효과가 있다.
발명자는 본 발명의 실시예들에 따른 무선전력 수신기가 효과가 있는지를 확인하기 위해 시뮬레이션을 한 결과, 무선전력 수신기의 날개각도 및 회전각도에 따라 유도전압 값이 달라지고, 특정 날개각도 및 회전각도에서 유도전압 값이 높아짐을 확인하였다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 회전각도를 예시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 회전각도에 따라 측정된 유도전압 그래프이다. 도 6을 참조하면, 외부 자속(Magnetic Flux)은 Z축 방향으로 균일하게 생성되어 있다. 무선전력 수신기는 X축, 즉, 원통의 중심축(110)을 회전축으로 하여 회전된다. 회전각도(θ, 400)에 따라 측정된 유도전압을 정규화한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 무선전력 송신기의 시변 자기장이 Z축으로만 존재하고 무선전력 수신기의 코어가 하나의 축에만 형성되면, 도 7의 그래프와 같이, 회전각도(400)가 0도에서 90도로 증가할수록 정규화된 유도전압이 감소한다. 즉, 도 7의 그래프에서 무선전력 수신기의 회전각도(400)가 0도인 경우에는 무선전력 수신기가 최대전력을 수신하고, 무선전력 수신기의 회전각도(400)가 90도인 경우에는 무선전력 수신기가 전력을 수신할 수 없다.
이를 해결하기 위하여, 무선전력 수신기의 코어는 두 축으로 직교하는 형상으로 배치되고 코어의 두 축에 수직으로 형성된 코어날개로 시변 자기장이 유입되도록 한다. 두 축으로 형성된 코어에 감긴 제1코일 및 제2코일이 직렬 또는 병렬 연결됨으로써, 원통의 회전각도(원통이 놓인 상태)에 상관없이 무선전력 수신기는 전력을 수신할 수 있다.
도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 날개각도를 예시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 날개각도에 따라 측정된 유도전압 그래프이다. 도 8의 (a) 및 (b)를 참조하면, 무선전력 수신기의 코어는 Y축과 Z축으로 직교하는 형상으로 배치된다. 예컨대, 도 3a의 무선전력 수신기의 코어 및 코어날개가 도시되고, 제1코어에 제1코일(D-코일, 301, 303) 및 제2코일(Q-코일, 302, 304)이 권선되어 있다. 원통의 일 밑면으로부터 원통의 타 밑면을 수직으로 바라볼 때, 코어날개(201) 중 적어도 하나는 곡선 형상일 수 있다. 코어날개(201)의 곡선 형상으로 인하여, 시변 자기장의 다양한 방향에 대하여 수직하게 되고, 원통형의 내부공간의 공간 활용을 극대화할 수 있다.
날개각도(α, 500)는 원통의 일 밑면으로부터 원통의 타 밑면을 수직으로 바라볼 때, 코어날개의 양 끝단(201-1, 201-2)과 코어중심(120)의 정중앙을 직선으로 연결한 두 개의 가상선이 이루는 각도이다. 도 9의 그래프를 참조하면, 제1코일(D-코일)이 권선된 코어브랜치에 연결된 코어날개의 날개각도(α)가 30도 내지 50도인 경우에, 정규화된 유도전압 값이 높게 나타난다. 날개각도(α) 40도인 경우에, 정규화된 유도전압은 가장 높은 값을 갖는다.
날개각도(500)가 40도인 경우에 유도전압이 최대가 되는 이유를 도 4를 참조하여 설명한다. 코어날개(201)의 재질이 코어(141 내지 144)의 재질과 동일하므로, 날개각도(500)가 클수록 자기장의 유입이 용이하게 된다. 따라서, 코어날개(201 내지 204)로부터 코일(301 내지 304)이 감겨진 코어(141 내지 144)로 더 많은 시변 자기장이 통과할 수 있다. 다만, 날개각도(500)가 40도보다 크면 코어(141 내지 144) 대신 코어날개(201 내지 204)로부터 인접한 다른 코어날개로 통과하는 자기장이 증가하게 된다.
도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 날개각도 및 회전각도를 예시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 날개각도 및 회전각도에 따라 측정된 유도전압 그래프이다. 도 10의 (a) 및 (b)를 참조하면, 도 3a의 무선전력 수신기의 코어 및 코어날개가 도시되고, 제1코어에 제1코일(D-코일, 301, 303) 및 제2코일(Q-코일, 302, 304)이 권선되어 있다. 즉, 코어는 하우징이 형성한 원통의 일 밑면에 위치하는 제1코어를 포함한다. 제1코어는 제1코어중심, 제1코어중심으로부터 외부 방향으로 연장된 제1-1코어브랜치, 및 제1-1코어브랜치로부터 직각으로 형성된 제1-2코어브랜치를 포함한다. 코일은 제1-1코어브랜치에 권선된 제1코일 및 제1-2코어브랜치에 권선된 제2코일을 포함한다. 무선전력 수신기는 X축, 즉, 원통의 중심축(110)을 회전축으로 하여 회전된다. 날개각도(α, 500)는 40도이다.
도 10과 같이 무선전력 송신기의 시변 자기장이 Z축으로만 존재하고 무선전력 수신기의 코어가 두 축에 형성될 때의 유도전압은, 도 6과 같이 무선전력 수신기의 코어가 하나의 축에 형성될 때의 유도전압보다 항상 크게 된다. 즉, 시변 자기장이 하나의 축에만 존재할 때, 본 실시예에 따른 무선전력 수신기는 4개의 코어날개로 인하여 360도 어느 각도에서라도 무선전력을 수신할 수 있다.
도 11의 그래프를 참조하면, 제1코일(D-코일) 및 제2코일(Q-코일)을 직렬 연결하면, 제1코어중심(121)의 정중앙을 기준으로 제1코어를 회전시킨 각도, 즉, 회전각도(400)가 30도 내지 60도인 경우에, 정규화된 유도전압 값이 높게 나타난다. 회전각도(400)가 45도인 경우에, 정규화된 유도전압은 가장 높은 값을 갖는다.
본 실시예들에 따른 코어날개의 날개각도 및/또는 코어날개의 회전각도로 인하여, 전력 수신 방향에 상관없이 전력을 수신하고, 유도전압 값을 상승시키고, 동시에 하우징의 공간적 활용도를 높일 수 있는 효과가 있다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 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.
10: 전력 소스 20: 무선전력 송신기
30: 전력공급장치 40: 하우징
42, 43: 전극 45, 45a, 45b, 45c: 내부공간
50: 무선전력 수신기 60: 임피던스 매칭부
70: 정류부 80: 평활부
90: 충전부 100: 코어
100a, 100b, 100c: 제1코어 105a, 105c: 제2코어
110: 중심축 121, 121a, 121b, 121c: 제1코어중심
122a, 122c: 제2코어중심 141, 141a, 141b: 제1-1코어브랜치
142, 142a, 142b, 142c: 제1-2코어브랜치
143, 143a, 143b: 제1-3코어브랜치
144, 144a, 144b, 144c: 제1-4코어브랜치
151, 151a, 151c: 제2-1코어브랜치 152, 152a: 제2-2코어브랜치
153, 153a, 153c: 제2-3코어브랜치 154a: 제2-4코어브랜치
200: 코어날개 201, 201a, 201b, 201c: 제1코어날개
202, 202a, 202b, 202c: 제2코어날개 203, 203a, 203b, 203c: 제3코어날개
204a, 204b, 204c: 제4코어날개 300: 코일
301, 303, 305, 307: 제1코일 302, 304: 제2코일
400: 회전각도 500: 날개각도

Claims (10)

  1. 원통형의 외형을 갖는 하우징에 장착되는 무선전력 수신기에 있어서,
    상기 하우징이 형성한 원통의 밑면에 위치하는 적어도 하나의 코어;
    상기 하우징이 형성한 원통의 옆면에 위치하며, 상기 적어도 하나의 코어에 연결된 적어도 하나의 코어날개; 및
    상기 적어도 하나의 코어에 권선된 코일
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징이 형성한 원통은 표준규격의 원통형 배터리(Cylindrical Battery) 형상인 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어의 자기저항이 상기 코어날개가 위치하는 원통의 옆면의 내부 공간의 자기저항보다 작은 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어는 적어도 하나의 코어중심 및 상기 적어도 하나의 코어중심으로부터 외부 방향으로 연장된 적어도 하나의 코어브랜치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코어중심은 상기 하우징이 형성한 원통의 중심축을 지나는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코어중심 및 상기 적어도 하나의 코어브랜치가 이루는 형상이‘+’형상 또는 ‘-’형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코어날개는 상기 적어도 하나의 코어브랜치에 수직방향으로 연장되고, 상기 적어도 하나의 코어날개 및 상기 적어도 하나의 코어브랜치가 이루는 형상이 ‘ㅁ’형상 또는 ‘ㄷ’형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코어중심은 상기 원통의 일 밑면에 위치한 제1코어중심 및 상기 원통의 타 밑면에 위치한 제2코어중심을 포함하고, 상기 적어도 하나의 코어브랜치는 상기 제1코어중심으로부터 외부 방향으로 연장된 적어도 하나의 제1코어브랜치 및 상기 제2코어중심으로부터 외부 방향으로 연장된 적어도 하나의 제2코어브랜치를 포함하고, 상기 적어도 하나의 코어날개는 상기 적어도 하나의 제1코어브랜치 및 상기 적어도 하나의 제2코어브랜치를 연결하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 원통의 일 밑면으로부터 상기 원통의 타 밑면을 수직으로 바라볼 때, 상기 코어날개의 양 끝단과 상기 코어중심의 정중앙을 직선으로 연결한 두 개의 가상선이 이루는 각도가 30도 내지 50도인 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통의 일 밑면으로부터 상기 원통의 타 밑면을 수직으로 바라볼 때, 상기 코어날개 중 적어도 하나는 곡선 형상인 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
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