KR101678640B1 - 반사판 및 격리판을 가진 무선전력 전송장치 - Google Patents

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    • H04B5/26—
    • H04B5/79—

Abstract

본 실시예는 코일 모듈에 반사판 및 격리판을 추가 설치하고, 설치된 반사판을 이용하여 자기장을 원하는 방향으로 더 강하게 인가시키는 한편, 설치된 격리판을 이용하여 자기장이 무선전력 전송 영역 내에 균등하게 분포되도록 하며 더 넓은 전송 영역을 가질 수 있도록 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.

Description

반사판 및 격리판을 가진 무선전력 전송장치{Wireless Power Transfer Apparatus Using Reflector and Separator}
본 실시예는 반사판 및 격리판을 가진 무선전력 전송장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반사판 및 격리판을 이용하여 무선전력이 효율적으로 전송되도록 하는 무선전력 전송장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
최근 들어 사용자들의 휴대가 가능한 휴대용 전자기기의 선호도가 증가하고 있으며, 이러한 휴대용 전자기기는 사용자들에게 유비쿼터스 환경을 제공하기 위한 필수 요소가 되었다. 한편, 현재 휴대용 전자기기의 전원공급은 대부분 충전기를 이용한 배터리 충전 방식이 사용되고 있다. 이 경우, 휴대용 전자기기를 충전하기 위해 별도의 충전기를 구비하고 있어야 한다는 문제점이 존재하며 이에 충전기의 소지 여부와 관계없이 무선을 통해 전력을 제공함으로써 배터리를 충전시킬 수 있는 무선 충전 기술이 지속적으로 연구되고 있다.
무선 충전 기술 중 자기유도 방식은 송신부에서 교번하는 자기장을 발생시키고, 이를 통해 수신부에서 자기장의 변화에 따라 기전력이 유도되게 함으로써 에너지를 전달한다. 한편, 자기유도 방식의 경우 송신부에서 발생한 자기장이 방사형으로 방출되기 때문에 무선전력 전송 효율이 떨어지게 된다는 문제점이 존재한다. 또한, 자기장의 세기가 거리에 따라 급격히 감소하여 수신부의 위치에 따라 무선전력 전송 성능이 크게 좌우되고, 송신부 근처에서는 강한 자기장으로 인한 전자파 간섭 혹은 인체 유해성 등의 문제점이 존재한다. 이에, 송신부로부터 발생한 자기장이 무선전력 전송 영역 내에 균등하게 분포되는 한편, 수신부로 효율적으로 전송되도록 하는 방안이 필요하다.
본 실시예는 무선전력 전송장치의 코일 모듈에 반사판을 설치하고, 설치된 반사판을 이용하여 자기장을 원하는 방향으로 더 강하게 인가시키고자 하는 데 주된 목적이 있다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무선전력 전송장치의 코일 모듈에 격리판을 설치하고, 설치된 격리판을 이용하여 자기장이 무선전력 전송 영역 내에 균등하게 분포되도록 하여 보다 더 넓은 전송 영역을 가지도록 하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예는, 코어 및 상기 코어에 권취되고 교류 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 급전 케이블을 포함하는 다이폴 코일 모듈; 및 상기 다이폴 코일 모듈의 일측에 상기 다이폴 코일 모듈의 길이 방향으로 나란하게 위치하며, 상기 다이폴 코일 모듈과 소정 간격을 두고 위치하는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 코어 및 상기 코어에 권취되고 교류 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 급전 케이블을 포함하는 다이폴 코일 모듈; 및 상기 다이폴 코일 모듈의 길이 방향을 기준으로 중앙부에 위치하며 상기 다이폴 코일 모듈을 둘러싸는 고리형상으로 이루어진 격리판을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 코어 및 상기 코어에 권취되고 교류 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 급전 케이블을 포함하는 다이폴 코일 모듈; 상기 다이폴 코일 모듈의 일측에 상기 다이폴 코일 모듈의 길이 방향으로 나란하게 위치하는 반사판; 및 상기 다이폴 코일 모듈의 타측에 상기 길이 방향을 기준으로 중앙부에 위치하여 상기 다이폴 코일 모듈의 타측 부분을 감싸는 형상으로 이루어진 격리판을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.
본 실시예는 무선전력 전송장치의 코일 모듈에 반사판을 설치하고, 설치된 반사판을 이용하여 자기장을 원하는 방향으로 더 강하게 인가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무선전력 전송장치의 코일 모듈에 격리판을 설치하고, 설치된 격리판을 이용하여 자기장이 무선전력 전송 영역 내에 균등하게 분포되도록 하여 보다 넓은 전송 영역을 가지도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선전력 전송장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신 코일모듈의 형태를 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사판 및 격리판을 설치한 송신 코일모듈을 측면에서 바라본 형태를 도시한 도면이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사판 및 격리판을 설치한 송신 코일모듈을 아래에서 바라본 형태를 도시한 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시예에서는 무선전력 전송장치의 코일 모듈에 다양한 구조의 반사판 및 격리판을 추가 설치하고, 이를 통해 무선전력 전송의 효율성을 향상시킬 수 있는 방법을 제안한다. 도 1 내지 도 4에서는 반사판 및 격리판의 추가 설치에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있는 무선전력 전송장치의 실시예를 도시하였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)는 다이폴 코일 모듈(110) 및 반사판(120)을 포함한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)는 바람직하게는 사무실, 거실 및 공공장소와 같은 공간의 천장에 설치되어 해당 공간을 무선전력 충전 영역(Wi-Power Zone)으로서 조성할 수 있다.
다이폴 코일 모듈(110)은 코어(112) 및 코어(112)에 권취되고 교류 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 급전 케이블(114)을 포함한다.
코어(112)는 자속 전달을 증가시키기 위해 사용되는 자기물질로서 코어(112)의 폭이나 두께보다 길이를 길게 한 막대 모양의 형상으로 구현된다. 본 실시예에 따른 코어(112)는 바람직하게는 길이 방향으로 중앙부분이 굵은 형상을 가지고 양 끝단으로 갈수록 가는 형상을 가진다. 즉, 코어(112)는 판형의 직사각 코어부재를 복수 개 겹쳐서 만들되, 코어(112)의 형상은 계단 형태로 중앙 부분에서 양끝단으로 갈수록 가늘어진다. 이 경우, 코어(112)에는 자속밀도가 균일하게 유도되며, 이에, 무선전력 전송장치(100)는 무선전력 전달을 위한 자기장을 일정 거리에서 균등하게 분포시킬 수 있다. 한편, 도 1에서는 코어(112)가 길이 방향으로 중앙부분이 굵은 형상을 가지고 양 끝단으로 갈수록 가는 형상을 가지는 것으로 도시하였지만 반드시 이에 한정되지는 않고 직육면체 형태로 구현 가능하며, 판형의 직사각 코어부재를 복수 개 겹쳐서 길쭉하고 균일한 굵기를 가지는 판 형태로 구현될 수 있다.
한편, 다이폴 코일 모듈(110)에 구비되는 코어(112)의 갯수는 단수 또는 복수 개일 수 있다. 도 1a에서는 코어(112)가 단수 개로 구현되는 경우를 예시하였으며, 도 1b에서는 코어(112)가 복수 개로 구현되는 경우를 예시하였다. 다이폴 코일 모듈(110)에 구비되는 코어(112)의 갯수가 복수 개로 구비되는 경우, 자기장이 넓고 균일한 분포로 형성되도록 하는 효과를 야기할 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 코어(112)가 복수 개로 구현되는 경우, 각각의 코어는 어느 한점 예컨대, 코어의 중앙부에서 서로 교차하는 형태로 구현된다. 이때, 각각의 코어가 인접하는 코어와 이루는 각도의 크기는 코어의 갯수 및 크기 등에 따라 다양한 각도로 설정될 수 있다. 한편, 도 1b에서는 다이폴 코일 모듈(110)이 2개의 코어를 포함하고, 각각의 코어 간의 각도가 코어가 90°를 이루는 십자형의 형태로 구현된 것으로 예시하였지만 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 다이폴 코일 모듈(110)은 3개의 코어를 포함하고, 각각의 코어 간의 각도가 코어가 60°를 이루는 스타형의 형태로 구현될 수도 있다. 도 1b에서는 복수 개의 코어에 권취되는 급전 케이블을 도시하지 않았지만, 이는 본 실시예에 따른 다이폴 코일 모듈(110)이 복수 개의 코어로 구현되는 경우를 명확하게 설명하기 위한 일 실시예에 불과하며, 실질적으로 각각의 코어에는 급전 케이블이 권취된다.
급전 케이블(114)은 코어(112)를 나선형으로 감싸는 형태로 권취되며, 예컨대, 리츠 와이어(Litz Wire)로 구현될 수 있다. 본 실시예에서는 급전 케이블(114) 내부에 코어(112)가 삽입되며, 이를 통해, 급전 케이블(114) 내부 공간에서 발생하는 자기 저항을 감소시킬 수 있다. 한편, 코어(112)가 삽입된 급전 케이블(114)은 그렇지 않은 급전 케이블에 비해 자기저항의 감소를 통해 대략 수십 배 정도의 자속 밀도가 증가된다.
반사판(120)은 다이폴 코일 모듈(110)의 일측에 다이폴 코일 모듈(110) 즉, 코어(112)의 길이 방향으로 나란하게 위치하며, 다이폴 코일 모듈(110)과 소정 간격을 두고 설치된다. 한편, 반사판(120)은 다이폴 코일 모듈(110)이 복수 개의 코어를 포함하는 경우, 복수 개의 코어 중 어느 하나의 코어의 길이 방향으로 나란하게 위치한다. 도 1a 및 도 1b에서는 반사판(120)이 다이폴 코일 모듈(110)의 상측에 위치하는 것으로 도시하였지만, 이는 본 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)가 천장형으로 설계되는 경우에 가장 적합한 반사판의 배치 위치를 예시한 실시예로서 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 반사판(120)은 다이폴 코일 모듈(110)의 모든 측면에 위치할 수 있으며, 이를 통해, 반사판(120)이 위치하는 방향과 반대되는 방향으로 발생하는 자기장을 증폭시킬 수 있다. 한편, 무선전력 전송장치(100)는 반사판(120)과 다이폴 코일 모듈(110) 간의 위치 간격을 유지하기 위한 지지대(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)는 다이폴 코일 모듈(110)에 반사판(120)을 추가 설치함으로써 원하지 않는 방향으로 누설되는 자기장을 차단하는 한편, 원하는 방향으로 자기장을 더 강하게 인가시킬 수 있다. 즉, 다이폴 코일 모듈(110)로부터 발생한 자기장이 반사판(120)으로 입사되는 경우 반사판(120)에서는 자기장의 입사 방향과 반대방향으로 회전하는 전류(와전류)가 발생하게 된다. 이러한 전류에 의해 반사판(120)은 자기장의 입사 방향과 반대되는 방향으로 자기장을 발생시키며, 이를 통해, 자기장의 입사 방향으로의 자기장은 차단되는 한편, 자기장의 입사 방향과 반대되는 방향으로의 자기장은 증폭된다. 도 1을 예시하여 설명하자면, 반사판(120)은 반사판(120)이 위치하는 다이폴 코일 모듈(110)의 상측 방향으로 입사되는 자기장은 차단하며, 하측 방향으로 인가되는 자기장을 증폭시킨다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)가 천장형으로 설계되는 경우, 하측 방향으로 자기장을 더 강하게 인가시킴으로써 무선전력 전송장치(100)의 하부에 위치하는 무선전력 송신장치로 전력이 보다 효율적으로 전달될 수 있도록 하는 효과를 야기한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)에서 반사판(120)은 바람직하게는 다이폴 코일 모듈(110)과 소정 간격을 두고 설치되며, 다이폴 코일 모듈(110)의 일측을 감싸는 형태로 이루어진다. 즉, 반사판(120)은 도 1a에 도시된 바와 같이 다이폴 코일 모듈(110)의 길이 방향을 기준으로 양측면이 다이폴 코일 모듈(110)의 위치 방향으로 절곡되어 다이폴 코일 모듈의 일측을 감싸는 형태로 이루어질 수도 있으며, 도 1b에 도시된 바와 같이 원형으로 구현되어 다이폴 코일 모듈의 일측을 감싸는 형태로 이루어질 수도 있다. 한편, 반사판(120)의 구조는 반드시 특정 형태로 구현되는 것은 아니며, 반사판(120)의 사이즈, 무게, 비용, 증폭도 및 다이폴 코일 모듈(110)에 포함되는 코어의 갯수 등을 고려하여 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 반사판(120)의 구조는 플랫(Flat), 써클(Circle) 및 파라볼릭(Parabolic) 등의 다양한 형태로 구현될 수 있다. 마찬가지로, 반사판(120)의 크기, 두께 및 다이폴 코일 모듈(110)과의 간격 또한 반사판(120)의 사이즈, 무게, 비용 및 증폭도 등을 고려하여 설정될 수 있다. 반사판(120)은 투자율이 적은 금속물질 예컨대, 알루미늄 등의 재질로 제작되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 한편, 도 2에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치에 의해 발생하는 자기장의 경로를 함께 도시하였다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(200)는 다이폴 코일 모듈(110) 및 격리판(210)을 포함한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(200)는 바람직하게는 사무실, 거실 및 공공장소와 같은 공간에 타워형으로 설치되어 해당 공간을 무선전력 충전 영역으로서 조성할 수 있다.
다이폴 코일 모듈(110)은 코어(112) 및 코어(112)에 권취되고 교류 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 급전 케이블(114)을 포함한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(200)에서 다이폴 코일 모듈(110)은 지면에 수직 또는 수평된 형태로 배치될 수 있다.
코어(112)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)의 코어(112)와 동일한 형상으로 구현된다. 즉, 코어(112)는 길이 방향으로 중앙부분이 굵은 형상을 가지고 양 끝단으로 갈수록 가는 형상을 가지는 형태로 구현될 수도 있으며, 균일한 굵기를 가지는 판 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 코어(112)는 복수 개가 구비될 수도 있다. 한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(200)는 타워형으로 설치될 수 있으며, 이 경우, 코어(112)는 지면에 수직된 형태로 배치된다. 무선전력 전송장치(200)는 코어(112)의 배치를 지면에 수직한 형태로 유지되도록 하기 위한 지지대(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(200)가 타워형으로 구현되어 다이폴 코일 모듈(110) 즉, 코어(112)가 지면에 수직된 형태로 배치된 경우를 예시하여 설명하도록 한다.
급전 케이블(114)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)의 급전 케이블(114)과 동일한 형상으로 구현된다. 마찬가지로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)의 다이폴 코일 모듈(110)은 급전 케이블(114) 내부에 코어(112)가 삽입되는 형태로 구현되어 급전 케이블(114) 내부 공간에서 발생하는 자기 저항을 감소시킬 수 있다.
격리판(210)은 바람직하게는 다이폴 코일 모듈(110)의 길이 방향을 기준으로 중앙부에 설치되며, 다이폴 코일 모듈(110)을 둘러싸는 고리형상 예컨대, 디스크형으로 이루어진다. 한편, 격리판(210)은 격리판(210)이 설치되는 다이폴 코일 모듈(110)의 중앙부에 급전 케이블(114)이 위치된 경우 급전 케이블(114)과 면하도록 다이폴 코일 모듈(110)로부터 소정 간격을 두고 설치된다. 이 경우, 무선전력 전송장치(200)는 격리판(210)과 다이폴 코일 모듈(110) 간의 위치 간격을 유지시키기 위한 지지대(미도시)를 더 포함할 수 있다. 도 2에서는 격리판(120)이 다이폴 코일 모듈(110)의 길이 방향을 기준으로 중앙부에 위치하는 것으로 도시하였지만, 이는 본 실시예에 따른 무선전력 전송장치(200)가 타워형으로 설계되는 경우에 가장 적합한 반사판의 배치 위치를 예시한 실시예로서 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(200)는 다이폴 코일 모듈(110)에 격리판(210)을 추가 설치함으로써 다이폴 코일 모듈(110)로부터 발생한 자기장이 격리판(210)을 우회하는 자기경로를 형성하도록 한다. 즉, 다이폴 코일 모듈(110)로부터 발생한 자기장은 격리판(210)의 구조 및 재질 등에 의해 격리판(210)을 우회하여 먼 곳으로 돌아가는 자기경로를 형성하며, 이를 통해, 격리판(210)이 추가 구비되지 않은 무선전력 전송장치 대비, 자기장이 무선전력 전송 영역 내에 균등하게 분포되도록 하며 보다 넓은 전송 영역을 가지도록 하는 효과를 야기한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(200)가 타워형 설치되는 경우, 이러한 효과는 보다 큰 장점으로 작용한다.
마찬가지로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(200)에서 격리판(210)의 구조, 크기, 두께 및 다이폴 코일 모듈(110)과 격리판(210) 간의 간격은 격리판(210)의 사이즈, 무게, 비용 및 증폭도 등을 고려하여 설정될 수 있다. 격리판(210)은 투자율이 적은 금속물질 예컨대, 알루미늄 등의 재질로 제작되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 한편, 도 3에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치에 의해 발생하는 자기장의 경로를 함께 도시하였다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치(300)는 다이폴 코일 모듈(110), 격리판(210) 및 복수 개의 보조 격리판(310)을 포함한다. 한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치(300)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(200)에 복수 개의 보조 격리판(310)을 추가로 설치함으로써 무선전력 전송의 효과를 보다 증가시켰다.
다이폴 코일 모듈(110)은 코어(112) 및 코어(112)에 권취되고 교류 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 급전 케이블(114)을 포함한다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치(300)에서 다이폴 코일 모듈(110)은 지면에 수직 또는 수평된 형태로 배치될 수 있다.
코어(112)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)의 코어(112)와 동일한 형상으로 구현되며, 이에 자세한 설명은 생략하도록 한다. 한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치(300)는 타워형으로 설계될 수 있으며, 이 경우, 코어(112)는 지면에 수직된 형태로 배치된다.
급전 케이블(114)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)의 급전 케이블(114)과 동일한 형상으로 구현되며, 이에 자세한 설명은 생략하도록 한다.
격리판(210)은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(200)의 격리판(210)과 동일한 형상으로 구현 및 배치된다. 즉, 격리판(210)은 바람직하게는 다이폴 코일 모듈(110)의 길이 방향을 기준으로 중앙부에 설치되며, 다이폴 코일 모듈(110)을 둘러싸는 고리형상 예컨대, 디스크형으로 이루어진다.
복수 개의 보조 격리판(310)은 다이폴 코일 모듈(110)의 길이 방향으로 격리판(210)과 소정 간격을 두고 위치하며, 다이폴 코일 모듈(110)을 둘러싸는 고리형상으로 이루어진다. 복수 개의 보조 격리판(310)은 복수 개의 보조 격리판(310)이 설치되는 다이폴 코일 모듈(110)의 지점에 급전 케이블(114)이 위치된 경우 급전 케이블(114)과 면하도록 다이폴 코일 모듈(110)로부터 소정 간격을 두고 설치된다. 한편, 본 실시예에 따른 다이폴 코일 모듈(110)의 코어(112)는 길이 방향으로 중앙부분이 굵은 형상을 가지고 양 끝단으로 갈수록 가는 형상을 가지는 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 양 끝단에 설치되는 보조 격리판은 양 끝단의 구현 형태에 따라 소정 각도로 절곡된 형태로 다이폴 코일 모듈(110)에 위치되나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 격리판(210) 및 복수 개의 보조 격리판(310) 간의 간격은 전력의 전송효율 등을 고려하여 사전에 계산되어 설정된다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치(300)에서 격리판(210) 및 복수 개의 보조 격리판(310)은 고리형상으로 구현되되, 각각 서로 다른 직경을 가진다. 예컨대, 복수 개의 보조 격리판(310)의 직경은 격리판(210)의 직경 보다 작고, 다이폴 코일 모듈(110)의 길이 방향을 기준으로 다이폴 코일 모듈(110)의 양 끝단으로 갈수록 감소하는 형태로 구현된다. 이를 통해, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치(300)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(200)와 비교하여 출력단의 파워를 증가시키는 효과를 야기한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치(300)는 다이폴 코일 모듈(110)에 격리판(210) 및 복수 개의 보조 격리판(310)을 추가로 설치함으로써 다이폴 코일 모듈(110)로부터 발생한 자기장이 격리판(210) 및 복수 개의 보조 격리판(310)을 우회하는 자기경로를 형성하도록 한다. 즉, 다이폴 코일 모듈(110)로부터 발생한 자기장은 격리판(210) 및 복수 개의 보조 격리판(310)의 구조 및 재질 등에 의해 격리판(210) 및 복수 개의 보조 격리판(310)을 우회하는 자기경로를 형성하며, 이를 통해, 자기장이 무선전력 전송 영역 내에 균등하게 분포되도록 하는 한편, 보다 더 넓은 전송 영역을 가지도록 하는 효과를 야기한다. 더욱이, 무선전력 전송장치(300)는 복수 개의 보조 격리판(310)을 추가로 구비하되, 격리판(210) 및 복수 개의 보조 격리판(310)이 각각 서로 다른 직경을 가지는 형태로 구현함으로써 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치(200) 대비 무선전력 송신 효율을 보다 증가시키는 효과를 야기한다.
마찬가지로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치(300)에서 격리판(210) 및 보조 격리판(310)의 구조, 크기, 두께 및 다이폴 코일 모듈(110)과의 간격은 격리판(210) 및 보조 격리판(310)의 사이즈, 무게, 비용 및 증폭도 등을 고려하여 설정될 수 있다. 격리판(210) 및 보조 격리판(310)은 투자율이 적은 금속물질 예컨대, 알루미늄 등의 재질로 제작되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선전력 전송장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 한편, 도 4a 및 도 4b는 각각 다른 측면에서 바라본 무선전력 전송장치(400)를 도시하였다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 무선전력 전송장치(400)는 다이폴 코일 모듈(110), 반사판(410) 및 격리판(420)을 포함한다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선전력 전송장치(400)는 바람직하게는 사무실, 거실 및 공공장소와 같은 공간의 천장 또는 벽면에 설치되어 해당 공간을 무선전력 충전 영역으로써 조성할 수 있다.
다이폴 코일 모듈(110)은 코어(112) 및 코어(112)에 권취되고 교류 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 급전 케이블(114)을 포함한다.
코어(112)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)의 코어(112)와 동일한 형상으로 구현되며, 이에 자세한 설명은 생략하도록 한다. 한편, 코어(112)는 무선전력 전송장치(400)가 천장에 설치되는 경우는 지면과 평형한 형태로 배치되며, 무선전력 전송장치(400)가 벽면에 설치되는 경우는 지면과 수직한 형태로 배치된다. 도 4에서는 무선전력 전송장치(400)가 벽면에 설치되는 경우의 배치 형태를 예시하여 설명하도록 한다.
급전 케이블(114)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치(100)의 급전 케이블(114)과 동일한 형상으로 구현되며, 이에 자세한 설명은 생략하도록 한다.
반사판(410)은 다이폴 코일 모듈(110)의 일측에 다이폴 코일 모듈(110)의 길이 방향으로 나란하게 위치한다. 즉, 반사판(410)은 다이폴 코일 모듈(110)의 일측에 다이폴 코일 모듈(110)과 소정 간격을 두고 설치되며, 다이폴 코일 모듈(110)의 길이 방향으로 길쭉한 형상을 가지는 판 형태로 구현되어 벽면에 부착 가능한 구조를 갖는다. 이때, 반사판(410)이 위치하는 다이폴 코일 모듈(110)의 일측은 자기장을 사용하지 않는 방향을 의미한다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선전력 전송장치(400)는 다이폴 코일 모듈(110)의 일측 예컨대, 자기장을 사용하지 않는 방향에 반사판(410)을 설치함으로써 원하지 않는 방향으로 누설되는 자기장을 차단하는 한편, 원하는 방향으로 자기장을 더 강하게 인가시킬 수 있다.
격리판(420)은 바람직하게는 다이폴 코일 모듈(110)의 타측에 다이폴 코일 모듈(110)의 길이 방향을 기준으로 중앙부에 설치되며, 다이폴 코일 모듈의 타측을 둘러싸는 반고리 형상으로 이루어진다. 한편, 격리판(420)은 격리판(420)이 설치되는 다이폴 코일 모듈(110)의 중앙부에 급전 케이블(114)이 위치된 경우 급전 케이블(114)과 면하도록 다이폴 코일 모듈(110)로부터 소정 간격을 두고 설치된다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선전력 전송장치(400)는 다이폴 코일 모듈(110)의 타측 예컨대, 자기장을 사용하고자 하는 방향에 격리판(420)을 설치함으로써 보다 먼 거리로 무선전력을 전송시킬 수 있는 효과를 야기한다.
즉, 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선전력 전송장치(400)는 다이폴 코일 모듈(110)의 일측에 반사판(410)을 설치하고, 일측에 반대되는 타측에 격리판(420)을 설치함으로써 자기장을 원하는 방향으로 더 강하게 인가시키는 한편, 보다 더 넓은 전송 영역을 가질 수 있도록 하는 효과를 야기한다. 예컨대, 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선전력 전송장치(400)가 벽면에 배치되는 경우, 벽면이 위치하는 방향에 대응되는 다이폴 코일 모듈(110)의 일측에 반사판(410)을 추가 설치함으로써 벽면이 위치하는 방향으로 누설되는 자기장을 차단하는 한편, 벽면이 위치하는 방향과 반대되는 방향으로 자기장을 더 강하게 인가시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선전력 전송장치(400)는 다이폴 코일 모듈(110)의 타측 예컨대, 벽면이 위치하는 방향과 반대되는 방향에 격리판(420)을 추가 설치함으로써 타측 방향으로 발생되는 자기장이 격리판(420)을 우회하여 먼 곳으로 돌아가는 자기경로를 형성하도록 한다.
한편, 도 4에서는 반사판(410)이 길쭉한 형상을 가지는 판 형태로 구현되며, 격리판(420)이 다이폴 코일 모듈(110)을 둘러싸는 반고리 형태로 구현되는 것으로 도시하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 반사판(410) 및 격리판(420)은 각각 반사판(410) 및 격리판(420)의 사이즈, 무게, 비용 및 증폭도 등을 고려하여 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 반사판(410)은 격자무늬를 가지는 그물망 구조 또는 평판형 구조로 구현될 수도 있다. 마찬가지로, 반사판(410) 및 격자판(420)의 크기, 두께 및 다이폴 코일 모듈(110)과의 간격 또한 각각 반사판(410) 및 격자판(420)의 사이즈, 무게, 비용 및 증폭도 등을 고려하여 설정될 수 있다. 반사판(410) 및 격자판(420)은 투자율이 적은 금속물질 예컨대, 알루미늄 등의 재질로 제작되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신 코일모듈(710)의 형태를 도시한 도면이다.
도 5에 도시하듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신 코일모듈(710)은 페라이트 코어의 중심(720), 복수의 브랜치(730a 내지 d), 복수의 날개(740a 내지 d), 복수의 권선(750a 내지 d) 및 복수의 모서리(760a 내지 d)를 포함한다.
송신 코일모듈(710)은 페라이트 코어의 중심(720)에서 서로 수직하는 4방향으로 뻗어나온 브랜치들(730)을 갖는다. 페라이트 코어의 중심(720)은 각 브랜치들이 겹쳐지는 사각형 부분을 의미한다. 브랜치(730)는 중심으로부터 뻗어나온 페라이트 코어로서 각 브랜치는 일정한 너비를 갖는다.
각 브랜치는 각 브랜치의 끝에 날개(740)를 갖는다. 복수의 날개(740)는 중앙부분은 두껍고, 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 갖는다.
송신 코일 모듈(710)의 복수의 권선(750) 예컨대, 급전 케이블은 각 브랜치의 날개 방향의 끝 부분에 권취되어 있다. 권선은 권취되는 위치가 브랜치에서 날개 방향으로 갈수록 자기장의 분포가 커지기 때문에, 권선이 각 브랜치의 날개 방향의 끝 부분에 권취되도록 한다.
모서리(760)는 페라이트 코어의 중심(720)에 덧붙여진 페라이트 코어로서, 수평방향의 브랜치들(770)과 수직방향의 브랜치들(780)로부터 발생하는 자기장의 합성 자기장이 포화되는 것을 방지한다. 수평방향 또는 수직방향의 브랜치들로부터 발생하는 자기장은 자기장의 포화값보다 작다. 그러나 수평방향의 브랜치들(770)과 수직방향의 브랜치들(780)로부터 발생하는 자기장이 합해지는 페라이트 코어의 중심(720)부분에서는 자기장의 포화값보다 커져 자기장이 포화될 우려가 있다. 자기장이 포화되는 것을 방지하기 위해, 각 브랜치들이 브랜치의 페라이트 코어의 중심(720) 부근에서 이어지도록 페라이트 코어의 중심(720)에 브랜치의 너비정도의 길이의 모서리를 덧붙인다. 덧붙여진 모서리로 인해 페라이트 코어의 중심(720)의 단면적은 커지고, 단면적이 커짐에 따라 자기장의 포화값은 커진다. 즉, 수평방향의 브랜치들(770)과 수직방향의 브랜치들(780)로부터 발생하는 자기장이 합해진 합성 자기장보다 큰 자기장의 포화값을 갖도록 모서리를 덧붙임으로써, 페라이트 코어의 중심(720)에서 자기장이 포화되는 것을 막을 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사판 및 격리판을 설치한 송신 코일모듈을 측면에서 바라본 형태를 도시한 도면이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사판 및 격리판을 설치한 송신 코일모듈을 아래에서 바라본 형태를 도시한 도면이다.
도 6a과 도 6b에서 도시된 반사판(810)은 송신 코일모듈이 자기장을 방사하고자 하는 방향의 반대방향에 설치한다. 도 6b에서 볼 수 있듯이, 반사판(810)은 도 5에 도시한 송신 코일모듈을 덮을 수 있는 정도의 크기이면 족하고, 그보다 큰 반사판은 불필요하다. 송신 코일모듈이 자기장을 방사하고자 하는 방향의 반대방향에 설치하여, 방사하고자 하는 방향의 반대방향으로의 손실을 줄여 자기장을 원하는 방향으로 더 강하게 방사할 수 있도록 한다.
도 6a 내지 도 6b에서 도시된 격리판(820, 825)은 일정한 면적의 금속 판으로써, 수평방향의 브랜치들에 하나(820), 수직방향의 브랜치들에 하나(825) 설치한다. 격리판(820, 825)을 각 방향의 브랜치들에 설치함으로써, 각 방향의 브랜치들의 끝단간에 쇄교하는 자기장 성분 중에서 각 방향의 브랜치들에 가까이 쇄교하는 자기장 성분을 보다 멀리 보내도록 한다. 한편, 격리판이 없는 경우, 특정 방향의 브랜치들의 끝단간에 쇄교하는 자기장 성분 중 브랜치들에 가까이 쇄교하는 자기장 성분이 존재하게 된다. 그러나 격리판이 있는 경우, 자기장 성분이 격리판을 통과할 수 없기 때문에, 브랜치들에 가까이 쇄교하는 자기장 성분들이 격리판을 우회하여 격리판이 없을 때보다 먼 거리까지 방사될 수 있다. 이에 따라, 자기장이 무선전력 전송 영역 내에 균등하게 분포되도록 하며 보다 넓은 전송 영역을 가지도록 할 수 있다.
격리판은 수평방향의 브랜치들과 수직방향의 브랜치들에 각각 하나씩 설치되는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 특정 방향의 브랜치들이 증가할 경우, 그에 따라 증가할 수 있다.
한편, 본 발명의 각 실시예에 따른 반사판 및 격리판은 무선전력 전송장치뿐만 아니라 무선전력 수신장치에도 동일하게 적용될 수 있으며, 이를 통해, 동일한 효과를 야기할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 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.
100: 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치
110: 다이폴 코일 모듈 112: 코어
114: 급전 케이블 120: 반사판
200: 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치
210: 격리판
300: 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치
310: 보조 격리판
400: 제4 실시예에 따른 무선전력 전송장치

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  10. 코어 및 상기 코어에 권취되고 교류 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 급전 케이블을 포함하는 다이폴 코일 모듈; 및
    상기 다이폴 코일 모듈의 길이 방향을 기준으로 중앙부에 위치하며 상기 다이폴 코일 모듈을 둘러싸는 고리형상으로 이루어진 격리판
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 다이폴 코일 모듈은,
    지면에 수직 또는 수평된 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 다이폴 코일 모듈의 길이 방향으로 상기 격리판과 소정 간격을 두고 위치하며, 상기 다이폴 코일 모듈을 둘러싸는 고리형상으로 이루어진 복수 개의 보조 격리판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 격리판 및 상기 복수 개의 보조 격리판은 각각 서로 다른 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 복수 개의 보조 격리판의 직경은, 상기 격리판의 직경 보다 작고, 상기 길이 방향을 기준으로 상기 다이폴 코일 모듈의 양끝단으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 격리판 및 상기 복수 개의 보조 격리판은,
    상기 다이폴 코일 모듈로부터 발생한 자기장이 상기 격리판 및 상기 복수 개의 보조 격리판을 우회하는 자기경로를 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 격리판은,
    상기 다이폴 코일 모듈의 일측 부분을 감싸는 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 다이폴 코일 모듈의 타측에 상기 다이폴 코일 모듈의 길이 방향으로 나란하게 위치하는 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 반사판은 상기 다이폴 코일 모듈의 길이 방향으로 길쭉한 형상을 가지며,
    상기 격리판은 반고리 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 반사판은,
    그물망 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
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