KR101957189B1 - 3축 무선전력 수신기 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 실시예들은 코어중심부로부터 외부 방향으로 형성된 복수의 날개를 갖는 코어날개부를 포함하고, 코일이 (i) 복수의 날개 중 일부 날개의 상부면을 지나면서 하부면을 지나지 않고 (ii) 복수의 날개 중 다른 일부 날개의 상부면을 지나지 않으면서 하부면을 지나도록 형성됨으로써, 무선전력 수신기의 코일의 전력 수신 방향에 상관없이 전력을 수신하면서 동시에 수신기를 박막형태로 제작할 수 있는 무선전력 수신기 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

3축 무선전력 수신기 및 그 제조방법 {Three Axis Wireless Power Receiver and Manufacturing Method Thereof}
본 실시예가 속하는 기술 분야는 3축 방향으로 전력 수신이 가능한 무선전력 수신기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
휴대용 전자기기는 대부분 충전식 배터리로 구동된다. 배터리를 충전하기 위해서는 별도의 충전장치를 이용하여 휴대용 전자기기에 전기 에너지를 공급한다. 배터리를 충전하는 방식으로는 접촉식 충전방식과 비접촉식 충전방식이 있다.
접촉식 충전방식은 배터리의 크기 및 형상에 맞는 충전장치가 필요하다. 사용자가 배터리 또는 휴대용 전자기기를 충전장치에 장착하는 경우에, 배터리 또는 휴대용 전자기기를 충전장치의 충전 커넥터의 기 정해진 방향 및 위치에 일치시켜야 충전이 가능하게 되는 문제점이 있다.
비접촉식 충전방식은 크게 전자기 유도 방식 및 자기 공진 방식으로 구분된다.
전자기 유도 방식은 송신기에서 교번하는 자기장을 발생시키고, 수신기에서 자기장의 변화에 따라 전류가 유도되어 에너지를 만들어 내는 방식이다. 전자기 유도 방식은 에너지 전송 효율이 높지만, 송신기와 수신기 간의 방향 및 거리에 매우 민감하고 1 센티미터(cm) 이내의 근거리에서만 사용이 가능한 문제점이 있다.
자기 공진 방식은 송신기에서 전력을 공진하는 전자기장으로 변환하여 송신하고, 수신기에서 동일한 공진 주파수를 가진 공진코일을 이용하여 전력을 수신하는 방식이다. 자기 공진 방식은 몇 미터(m)의 거리에서도 전력 전송이 가능하지만, 전력 수신 장치를 소형화하는 데 곤란한 문제가 있다. 이유는 전력 전송 거리를 확보하기 위하여, 수신기의 2차 코일의 크기가 커야 하기 때문이다.
특허문헌 1의 유도 코일 어셈블리 장치는 송신기와 수신기 간의 방향을 고려하여, 수신기가 별도의 3개의 코일을 이용하는 방식이다. 이러한 방식은 물리적으로 직교하는 3축 상에서 각각의 코일로 구현하기 때문에, 수신기를 박막형태로 제조할 수 없는 문제점이 있다.
이상에서 언급한 문제점들을 해결한 무선전력 수신기 및 그 제조방법은 아직 구현되지 못한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 10-0960789호.
본 발명의 발명자는 다양한 방향 및 각도에서 원거리 무선전력 수신이 가능한 루프코일이 필요한 점에 주목하여, 루프코일의 전력 수신 방향이 제한되지 않는 무선전력 수신기의 코어 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 코어중심부로부터 외부 방향으로 형성된 복수의 날개를 갖는 코어날개부를 포함하고, 코일이 (i) 복수의 날개 중 일부 날개의 상부면을 지나면서 하부면을 지나지 않고 (ii) 복수의 날개 중 다른 일부 날개의 상부면을 지나지 않으면서 하부면을 지나도록 형성됨으로써, 무선전력 수신기의 코일의 전력 수신 방향에 상관없이 전력을 수신하면서 동시에 수신기를 박막형태로 제작하는 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, Z축 방향의 길이가 X축 방향의 길이보다 짧고, Z축 방향의 길이가 Y축 방향의 길이보다 짧게 형성된 코어중심부, 상기 코어중심부로부터 외부 방향으로 형성된 복수의 날개를 갖는 코어날개부, 및 상기 코어날개부에 권선하여 형성된 코일, 여기서 상기 코일은 (i) 상기 복수의 날개 중 일부 날개의 상부면을 지나면서 하부면을 지나지 않고 (ii) 상기 복수의 날개 중 다른 일부 날개의 상부면을 지나지 않으면서 하부면을 지남, 을 포함하는 무선전력 수신기를 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무선전력 수신기를 제조하는 방법에 있어서, 제1코어블록중심부를 갖는 제1코어블록을 형성하는 과정, 여기서 상기 제1코어블록은 상기 제1코어블록중심부의 X축 길이 방향 및 Y축 길이 방향으로 각각 형성된 두 개의 날개를 포함함, 제2코어블록중심부를 갖는 제2코어블록을 형성하는 과정, 여기서 상기 제2코어블록은 상기 제2코어블록중심부의 X축 길이 방향 및 Y축 길이 방향으로 각각 형성된 두 개의 날개를 포함함, 상기 제1코어블록중심부 및 상기 제2코어블록중심부 사이에 기 권선(Winding Wire)된 코일을 위치시키고, 상기 기 권선된 코일의 중공에서 상기 제1코어블록중심부 및 상기 제2코어블록중심부를 결합시켜 하나의 코어중심부를 형성하는 과정, 및 상기 기 권선된 코일이 상기 제1코어블록에 포함된 두 개의 날개의 상부면을 지나고 상기 제2코어블록에 포함된 두 개의 날개의 하부면을 지나는 구조를 형성하는 과정을 포함하는 무선전력 수신기 제조방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 무선전력 수신기의 코일이, 코어중심부의 X축 길이 방향의 일측단 및 Y축 길이 방향의 일측단에 각각 형성된 두 개의 날개의 상단면을 지나고, 코어중심부의 X축 길이 방향의 타측단 및 Y축 길이 방향의 타측단에 각각 형성된 두 개의 날개의 하단면을 지나며 형성됨으로써, 무선전력 수신기의 코일의 전력 수신 방향에 상관없이 전력을 수신하면서 동시에 수신기를 박막형태로 제작할 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 시스템을 예시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기를 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 예시적인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 예시적인 배면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기를 b방향으로 바라본 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기를 a방향으로 바라본 측면도이다.
도 7 내지 12는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 무선전력 수신기의 예시적인 평면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기 제조방법을 예시한 흐름도이다.
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 시스템을 예시한 블록도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 무선전력 전송 시스템은 전력 소스(10), 무선전력 송신기(20), 무선전력 공급장치(30), 및 부하(80)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, 다이폴(Dipole) 구조 코일 방식, DQ인버터 방식, 또는 이들의 조합 등을 이용하여 무선전력 수신기(40)로 전력을 전달한다.
무선전력 송신기(20)가 전자기 유도 방식을 이용하는 경우에, 무선전력 송신기(20)의 1차 코일은 교번하는 자기장을 발생시키고, 무선전력 수신기(40)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(30)로 전력을 전달한다. 무선전력 송신기(20)의 LC 공진회로는 임피던스 매칭된 무선전력 수신기(40)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)가 다이폴 구조 코일 방식을 이용하는 경우에, 무선전력 송신기(20)는 코어 및 코일을 포함한다. 코어는 폭이나 두께보다 길이가 긴 막대 형상이고, 코어의 중앙에 코일이 나선형으로 권선된다. 루프 코일을 사용하면 자기장 크기는 거리의 제곱 내지 세제곱 수준으로 감소하나, 다이폴 구조 코일을 사용하면 자기장 크기는 거리 내지 거리의 제곱 수준으로 감소한다.
무선전력 송신기(20)가 DQ인버터 방식을 이용하는 경우에, 두 개의 다이폴 구조 코일이 수직으로 연결되고, 두 개의 다이폴 구조 코일에 위상차가 90도인 교류 전원을 공급한다. 무선전력 송신기(20)는 직축(Direct Axis) 방향으로 배치된 일자형 코어와 횡축(Quadrature Axis) 방향으로 배치된 일자형 코어를 수직으로 겹친 십자형(+)의 코어를 갖는다. 십자형의 코어에서 겹치는 부분에는 코일이 권선되지 않고, 겹치지 않는 4개의 가지(Branch) 각각에는 코일이 나선형으로 권선된다. 다시 말해, 직축(Direct Axis) 방향으로 배치된 일자형 코어의 2개의 가지 각각에 하나의 코일을 나선형으로 권선하고, 횡축(Quadrature Axis) 방향으로 배치된 일자형 코어의 2개의 가지 각각의 다른 하나의 코일을 나선형으로 권선한다. 무선전력 송신기(20)는 인버터를 포함한다. 인버터는 전력 소스(10)가 코일에 제공하는 교류 전원의 주파수 또는 위상을 변환한다. 직축에 감긴 코일 및 횡축에 감긴 코일 각각에 공급되는 교류 전원의 위상이 90도 차이를 갖도록 한다. 두 개의 나선형 코일이 수직으로 배치되어 있어 물리적으로 90도 위상차를 갖기 때문에, 십자형 코어 가지 각각에 권선된 두 개의 코일에서 발생하는 자기장의 합성 자기장은 일정 영역에서 균일한 자기장의 크기를 갖는 회전자계가 된다.
도 1을 참조하면, 무선전력 공급장치(30)는 무선전력 수신기(40), 임피던스 매칭부(50), 정류부(60), 및 평활부(70)를 전부 또는 일부 포함한다. 무선전력 공급장치(30)는 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.
무선전력 공급장치(30)는 무선전력송신기(20)로부터 전력을 수신하여 부하(80)에 전력을 공급한다. 무선전력 공급장치(30)는 휴대폰, 노트북, 마우스 등 전력이 필요한 전자기기에 장착될 수 있다.
무선전력 수신기(40)는 무선전력 송신기(20)로부터 전력을 수신한다. 무선전력 수신기(40)는 코어 및 코일을 포함한다. 무선전력 수신기(40)의 코어 형상 및 코일의 권선된 방향 및 위치에 관하여는 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
임피던스 매칭부(50)는 무선전력 수신기(40)와 연결되어 임피던스를 보상한다. 무선전력 수신기(40)의 2차 코일의 공진 주파수를 조정한다. 무선전력 수신기(40))의 2차코일은 무선전력 송신기(20)의 1차 코일에 의해 형성된 자계의 공진 주파수와 일치하는 공진 주파수를 갖는다. 따라서 무선전력 수신기(40)는 1차 코일과 공진채널을 형성하여 무선전력 송신기(20)로부터 전력을 전송받는다.
정류부(60)는 무선전력 수신기(40) 또는 임피던스 매칭부(50)에 연결되어, 수신된 교류전력을 직류전력으로 변환한다. 정류부(60)는 적어도 하나의 다이오드를 포함할 수 있다. 예컨대, 정류부(60)는 반파 정류회로, 전파 정류회로, 브리지 정류회로, 배전압 정류회로 등 다양한 방식의 정류회로로 구현될 수 있다.
평활부(70)는 정류부(60)에 연결되어 정류된 출력전원을 평활한다. 즉, 평활부(70)는 정류부(60)로부터 출력된 직류전력의 리플 성분을 제거하여 완전한 직류전력을 출력할 수 있다. 평활부(70)는 커패시터를 포함할 수 있다.
부하(80)는 직류 전력을 필요로 하는 임의의 충전지 또는 장치일 수 있다. 예를 들어, 부하(400)는 2차 전지를 포함할 수 있다. 부하(400)는 과전압 및 과전류 방지회로, 온도감지회로 등의 보호회로를 포함할 수 있다. 부하(400)는 2차 전지의 충전상태 등의 정보를 수집 및 처리하는 충전관리회로를 포함될 수 있다. 부하(80)는 무선전력 공급장치(30)로부터 전력을 공급받기 때문에, 무선전력 공급장치(30), 특히 무선전력 수신기(40)의 구조는 전력이 필요한 전자제품을 소형화 및 박막화하는 데 직결된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기를 예시한 블록도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 무선전력 수신기(40)는 코어중심부(100), 코어날개부(200), 및 코일(300)을 포함한다. 무선전력 수신기(40)는 도 2에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.
코일(300)은 루프코일(Loop Coil)로 구현될 수 있다. 루프코일로 인하여, 무선전력 수신기(40)는 얇은 두께로 구현될 수 있다. 예컨대, 코일(300)은 리츠 와이어(Litz Wire)로 구현될 수 있다. 루프코일 형태의 코일에서는 루프코일의 중공에서 루프코일을 포함하는 평면에 수직한 방향으로만 전력이 유도되는 문제점이 있다. 게다가 코일(300)만으로 무선전력을 수신하면, 코일 내부 공간에 큰 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.
코어는 코어중심부(100)와 코어날개부(200)를 포함한다. 코어중심부(100)에서는 시변 자기장에 의해 형성된 자속이 통과한다. 코어날개부(200)는 시변 자기장에 의해 형성된 자속이 코어중심부(100)를 통과할 수 있도록 자속 경로를 생성한다. 코어는 페라이트 코어 또는 아몰퍼스 자성체 등으로 구현할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
무선전력 송신기(20)로부터 원거리에 위치한 무선전력 수신기(40)가 3축 방향에서 무선전력을 수신하면서 동시에 박막형태로 구현이 가능한 코어 구조를 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 예시적인 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기의 예시적인 배면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기를 b방향으로 바라본 측면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기를 a방향으로 바라본 측면도이다.
도 3을 참조하면, 코어중심부(100)의 외각에는 코일(300)이 위치한다. 도 3에 도시된 3축은 3차원 좌표공간 상의 X축, Y축, 및 Z축을 나타낸다. a방향 및 b방향은 X축 및 Y축의 2차원 좌표평면 상의 특정방향을 나타낸다.
코어중심부(100)는 Z축 방향의 길이가 X축 방향의 길이보다 짧고, Z축 방향의 길이가 Y축 방향의 길이보다 짧게 형성된다. 예컨대, 코어중심부(100)는 박막 형상일 수 있다.
코어날개부(200)는 코어중심부(100)로부터 외부 방향으로 형성된 복수의 날개를 갖는다. 복수의 날개는 XY평면 상에서 방사형으로 형성될 수 있다. 복수의 날개 중 적어도 하나는 곡선 형상일 수 있다. 예컨대, 날개는 Z축방향으로 굽은 형상일 수 있다. 복수의 날개 중 적어도 하나는 코어중심부(100)로부터 멀어질수록 넓어지거나 동일한 폭을 가질 수 있다.
코어날개부(200)는 제1날개(210), 제2날개(220), 제3날개(230), 및 제4날개(240)를 포함한다. 제1날개(210)는 코어중심부(100)의 Y축 길이 방향 일측단에 형성된다. 제2날개(220)는 코어중심부(100)의 X축 길이 방향 일측단에 형성된다. 제3날개(230)는 코어중심부(100)의 Y축 길이 방향 타측단에 형성된다. 제4날개(240)는 코어중심부(100)의 X축 길이 방향 타측단에 형성된다. 예컨대, 코어날개부(200)는 박막 형상일 수 있다.
코일(300)은 코어날개부(200)에 권선하여 형성된다. 코일(300)은 (i) 코어날개부(200)의 복수의 날개 중 일부 날개의 상부면을 지나면서 하부면을 지나지 않고 (ii) 복수의 날개 중 다른 일부 날개의 상부면을 지나지 않으면서 하부면을 지나도록 형성된다.
코일(300)은 제1날개(210)의 상부면, 제2날개(220)의 상부면, 제3날개(230)의 하부면, 및 제4날개(240)의 하부면을 지나도록 형성될 수 있다. 코일(300)은 제1날개(210)의 하부면, 제2날개(220)의 하부면, 제3날개(230)의 상부면, 및 제4날개(240)의 상부면을 지나지 않는다.
날개갭(215, 225, 235, 245)은 날개(210, 220, 230, 240) 간의 이격된 공간을 의미한다. 날개갭(215, 225, 235, 245)의 폭은 일정할 수 있다. a방향과 b방향으로 형성된 날개갭(215, 225, 235, 245)의 폭이 일정하면, 코일(300)의 자속밀도를 증가시키는 박막 형상의 코어날개부(200)의 면적을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 코어날개부(200)는 코어중심부(100)로부터 멀어질수록 폭이 넓을 수 있다. 예컨대, 제1날개(210)의 마주보는 한 쌍의 변 중에서 바깥부분의 변이 코어중심부(100) 측의 변보다 길다.
도 3 및 도 4에서는 코어중심부(100) 및 날개(210, 220, 230, 240)를 다각형으로 도시하였으나 이에 한정되는 것이 아니고, 각각의 날개는 직사각형, 사다리꼴, 타원, 이들의 조합 등의 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 각각의 날개의 끝단 또는 모서리는 직선형, 각형, 라운드형, 이들의 조합 등의 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
도 6을 참조하면, 코일(300)은 코어날개부(200)에 권선하여 형성된다. 코일(300)은 제2날개(220)의 상부면을 지나고, 제2날개(220)의 하부면을 지나지 않고, 제3날개(230)의 상부면을 지나지 않고, 제3날개(230)의 하부면을 지난다.
무선전력 수신기(40)는 이러한 코일 및 코어 구조로 인하여, 다양한 방향 및 각도로 형성되는 시변 자기장에서 무선전력 수신이 가능하다.
X축 방향의 시변 자기장은 제2날개(220), 코어중심부(100), 및 제4날개(240)을 통과하여, 코어중심부(100)의 좌측에서 우측으로 또는 우측에서 좌측으로 자속을 형성한다. 코일(300)의 하측에 제2날개(220)가 위치하고 코일(300)의 상측에 제4날개(240)가 위치하기 때문에, 코일(300)에 유도 기전력이 발생한다.
Y축 방향의 시변 자기장은 제1날개(210), 코어중심부(100), 및 제3날개(230)을 통과하여, 코어중심부(100)의 상측에서 하측으로 또는 하측에서 상측으로 자속을 형성한다. 코일(300)의 하측에 제1날개(210)가 위치하고 코일(300)의 상측에 제3날개(230)가 위치하기 때문에, 코일(300)에 유도 기전력이 발생한다.
Z축 방향의 시변 자기장은 코일면과 직교하는 방향으로 자속을 형성한다. 방향 측면에서는 코어의 유무와 관계없이 유도 기전력이 발생하나, 세기 측면에서는 코어중심부(100)로 인하여 자속 밀도가 증가하는 효과가 있다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 무선전력 수신기의 예시적인 평면도이다. 도 7에 도시된 무선전력 수신기(40)는, 도 3을 참조하여 설명한 무선전력 수신기(40)와 달리, 코어날개확장부(600)를 포함할 수 있다. 코어날개확장부(600)는 시변 자기장에 의해 형성된 자속이 코어날개부(200)를 통과할 수 있도록 코어날개부(200)의 끝단에 형성된다. 즉, 코어날개확장부(600)는 복수의 날개 중 적어도 하나의 끝단에 형성될 수 있다. 코어날개확장부(600)는 복수의 날개 중 적어도 하나의 끝단보다 폭이 넓거나 동일하게 형성될 수 있다. 코어날개확장부(600)로 인하여, 코어날개부(200)의 코어량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 날개가 좁게 형성되고, 날개갭이 넓게 형성될 수 있다.
도 8에 도시된 무선전력 수신기(40)는, 도 3을 참조하여 설명한 무선전력 수신기(40)와 달리, 두 개의 코일(310, 320)을 포함할 수 있다. XY평면의 회전자계에 대해 모든 각도에서 음영이 발생하지 않는 무선전력 수신기(40)의 구조를 설명한다.
코어날개부(200)는 코어중심부(100)로부터 외부 방향으로 형성된다. 코어날개부(200)는 제1날개(210), 제2날개(220), 제3날개(230), 및 제4날개(240)를 포함한다. 제1날개(210)는 코어중심부(100)의 Y축 길이 방향 일측단에 형성된다. 제2날개(220)는 코어중심부(100)의 X축 길이 방향 일측단에 형성된다. 제3날개(230)는 코어중심부(100)의 Y축 길이 방향 타측단에 형성된다. 제4날개(240)는 코어중심부(100)의 X축 길이 방향 타측단에 형성된다.
코일(300)은 코어날개부(200)에 권선하여 형성된다. 코일(300)은 제1코일(310) 및 제2코일(320)을 포함한다.
제1코일(310)은 제1날개(210)의 하부면, 제2날개(220)의 상부면, 제3날개(230)의 상부면, 및 제4날개(240)의 하부면을 지나도록 형성된다. 제1코일(310)은 제1날개(210)의 상부면, 제2날개(220)의 하부면, 제3날개(230)의 하부면, 및 제4날개(240)의 상부면을 지나지 않는다.
제2코일(320)은 제1날개(210)의 상부면, 제2날개(220)의 상부면, 제3날개(230)의 하부면, 및 제4날개(240)의 하부면을 지나도록 형성된다. 제2코일(320)은 제1날개(210)의 하부면, 제2날개(220)의 하부면, 제3날개(230)의 상부면, 및 제4날개(240)의 상부면을 지나지 않는다.
제1코일(310)만 존재하면, 자기장에 의한 유도 기전력이 최소가 될 수 있다. 예컨대, b방향의 자기장에 의한 유도 기전력은 O일 수 있다. 반면, a방향의 자기장에 의한 유도 기전력은 최대가 될 수 있다. 따라서, 제1코일(310)과 제2코일(320)을 함께 배치하면, 상호 보완이 가능하다. 예컨대, 제1코일(310)에서 a방향의 자기장에 의한 유도 기전력이 최대이고, 제2코일(320)에서 b방향의 자기장에 의한 유도 기전력이 최대가 되도록 배치한다. 이러한 코어 및 코일의 구조로 인하여, 무선전력 수신기(40)는 모든 각도에서 음영이 발생하지 않고 동시에 박막형태로 구현이 가능하게 된다.
한편, 무선전력 송신기(20)가 DQ인버터 방식을 사용하면, XY평면에 대해 회전자계가 형성된다. 도 8과 같이, 제1코일(310) 및 제2코일(320)을 제1날개(210) 내지 제4날개(240)에 권선함으로써, 무선전력 수신기(40)는 XY평면의 회전 자계에 대해 모든 각도에서 음영이 발생하지 않는 효과가 있다. 즉, 6 자유도를 갖는 박막형태의 수신기를 구현하는 것이 가능하게 된다.
제1코일(310) 및 제2코일(320)는 무선전력 공급장치(30)내에서 병렬 연결된다. 제1코일(310) 및 제2코일(320) 각각은 임피던스 매칭부(50)에 각각 연결된다. 예컨대, 제1코일(310)에 하나의 캐패시터가 연결되고, 제2코일(320)에 다른 캐패시터가 연결될 수 있다. 마찬가지로 제1코일(310) 및 제2코일(320) 각각은 정류부(50)에 각각 연결된다. 예컨대, 제1코일(310)에 하나의 브리지 다이오드가 연결되고, 제2코일(320)에 다른 브리지 다이오드가 연결될 수 있다.
도 9를 참조하면, 무선전력 수신기(40)는 코어날개확장부(600)을 포함할 수 있다. 코어날개확장부(600)는 코어날개부(200)의 끝단에 형성된다. 코어날개확장부(600)는 코어날개부(200)의 끝단보다 폭이 넓게 형성될 수 있다.
도 10에 도시된 무선전력 수신기(40)는, 도 8을 참조하여 설명한 무선전력 수신기(40)와 달리, 두 개의 코어중심부(110, 120)을 포함할 수 있다. 도 10을 참조하여, XY평면의 회전자계에 대해 모든 각도에서 음영이 발생하지 않으면서 제1코일(310) 및 제2코일(320)의 턴수를 증가시키는 무선전력 수신기(40)의 구조를 설명한다.
코어중심부(100)는 제1코어중심부(110) 및 제2코어중심부(120)를 갖는다.
코어날개부(200)는 제1코어중심부(110) 및 제2코어중심부(120)로부터 외부 방향으로 형성된다. 코어날개부(200)는 제1-1날개(410), 제1-2날개(420), 제1-3날개(430), 제1-4날개(440), 제2-1날개(510), 제2-2날개(520), 제2-3날개(530), 및 제2-4날개(540)를 포함한다.
제1-1날개(410)는 제1코어중심부(110)의 Y축 길이 방향 일측단에 형성되고, 제1-2날개(420)는 제1코어중심부(110)의 X축 길이 방향 일측단에 형성되고, 제1-3날개(430)는 제1코어중심부(110)의 Y축 길이 방향 타측단에 형성되고, 제1-4날개(440)는 제1코어중심부(110)의 X축 길이 방향 타측단에 형성된다.
제2-1날개(510)는 제2코어중심부(120)의 Y축 길이 방향 일측단에 형성되고, 제2-2날개(520)는 제2코어중심부(120)의 X축 길이 방향 일측단에 형성되고, 제2-3날개(530)는 제2코어중심부(120)의 Y축 길이 방향 타측단에 형성되고, 제2-4날개(540)는 제2코어중심부(120)의 X축 길이 방향 타측단에 형성된다.
코일(300)은 코어날개부(200)에 권선하여 형성된다. 코일(300)은 제1코일(310)과 제2코일(320)을 포함한다.
제1코일(310)은 제1-1날개(410)의 상부면, 제1-2날개(420)의 상부면, 제1-3날개(430)의 하부면, 및 제1-4날개(440)의 하부면을 지나도록 형성된다. 제1코일(310)은 제1-1날개(410)의 하부면, 제1-2날개(420)의 하부면, 제1-3날개(430)의 상부면, 및 제1-4날개(440)의 상부면을 지나지 않는다.
제2코일(320)은 제2-1날개(510)의 하부면, 제2-2날개(520)의 상부면, 제2-3날개(530)의 상부면, 및 제2-4날개(540)의 하부면을 지나도록 형성된다. 제2코일(320)은 제2-1날개(510)의 상부면, 제2-2날개(520)의 하부면, 제2-3날개(530)의 하부면, 및 제2-4날개(540)의 상부면을 지나지 않는다.
제1코일(310) 및 제2코일(320)이 제1코어중심부(110) 및 제2코어중심부(120) 각각의 외각에서 개별적으로 권선된다. 도 10과 같이, 제1코일(310)을 제1-1날개(410) 내지 제1-4날개(440)에 권선하고 제2코일(320)을 제2-1날개(510) 내지 제2-4날개(540)에 권선함으로써, 제1코일(310) 및 제2코일(320)의 턴수를 증가시키는 효과가 있다.
도 11을 참조하면, 제1-1날개(410), 제1-2날개(420), 제1-3날개(430), 제1-4날개(440), 제2-1날개(510), 제2-2날개(520), 제2-3날개(530), 및 제2-4날개(540) 중 적어도 두 개의 날개는 서로 연결될 수 있다. 예컨대, 도 11에서는 제1-4날개(440)과 제2-2날개(520)을 연결하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
무선전력 수신기(40)는 제1-1날개(410), 제1-2날개(420), 제1-3날개(430), 제1-4날개(440), 제2-1날개(510), 제2-2날개(520), 제2-3날개(530), 및 제2-4날개(540) 중 적어도 하나의 날개의 끝단에 형성된 코어날개확장부(610 내지 660)을 포함할 수 있다. 코어날개확장부(610 내지 660)는 적어도 하나의 날개(410 내지 440, 510 내지 540)의 끝단보다 폭이 넓게 형성될 수 있다.
이하에서는 도 12 및 도 13을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기 제조방법을 설명한다. 도 12에서는 제1코어블록(710)과 제2코어블록(720)을 예시한 도면이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 수신기 제조방법을 예시한 흐름도이다.
과정 S1310에서는 제1코어블록중심부(130)를 갖는 제1코어블록(710)을 형성한다. 제1코어블록(710)은 제1코어블록중심부(130)의 X축 길이 방향 및 Y축 길이 방향으로 각각 형성된 두 개의 날개(210, 220)를 포함한다.
과정 S1320에서는 제2코어블록중심부(140)를 갖는 제2코어블록(720)을 형성한다. 제2코어블록(720)은 제2코어블록중심부(140)의 X축 길이 방향 및 Y축 길이 방향으로 각각 형성된 두 개의 날개(230, 240)를 포함한다. 제1코어블록(710)과 제2코어블록(720)이 상호 동일하거나 대칭 구조로 형성될 수 있다.
과정 S1330에서는 제1코어블록중심부(130) 및 제2코어블록중심부(140) 사이에 기 권선(Winding Wire)된 코일(300)을 위치시키고, 기 권선된 코일(300)의 중공에서 제1코어블록중심부(130) 및 제2코어블록중심부(140)를 결합시켜 하나의 코어중심부(100)를 형성한다.
과정 S1340에서는 기 권선된 코일(300)이 제1코어블록(710)에 포함된 두 개의 날개(210, 220)의 상부면을 지나고 제2코어블록(720)에 포함된 두 개의 날개(230, 240)의 하부면을 지나는 구조를 형성한다.
제1코어블록(710)에 포함된 두 개의 날개(210, 220) 및 제2코어블록(720)에 포함된 두 개의 날개(230, 240) 중 적어도 하나의 날개는, 코어중심부(100)로부터 멀어질수록 폭이 넓어질 수 있다. 따라서, 기 권선된 코일의 중공에서 제1코어블록(710)과 제2코어블록(720)을 상호 결합시킴으로써, 날개(210 내지 240)의 형상을 고려할 필요없이 코일을 용이하게 권선할 수 있는 효과가 있다.
도 13에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 13에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
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: 무선전력 공급장치 40: 무선전력 수신기
50: 임피던스 매칭부 60: 정류부
70: 평활부 100: 코어중심부
110: 제1코어중심부 120: 제2코어중심부
130: 제1코어블록중심부 140: 제2코어블록중심부
200: 코어날개부 210: 제1날개
220: 제2날개 230: 제3날개
240: 제4날개 215, 225, 235, 245: 날개갭
300: 코일 310: 제1코일
320: 제2코일 410: 제1-1날개
420: 제1-2날개 430: 제1-3날개
440: 제1-4날개 510: 제2-1날개
520: 제2-2날개 530: 제2-3날개
540: 제2-4날개 600: 코어날개확장부
710: 제1코어블록 720: 제2코어블록

Claims (11)

  1. Z축 방향의 길이가 X축 방향의 길이보다 짧고, Z축 방향의 길이가 Y축 방향의 길이보다 짧게 형성된 코어중심부(100);
    상기 코어중심부(100)로부터 외부 방향으로 형성된 복수의 날개를 갖는 코어날개부(200)), 여기서 상기 복수의 날개 중 일부 날개는 상기 코어중심부(100)의 측면에 형성되고, 다른 일부 날개는 상기 코어중심부(100)의 맞은편 측면에 형성됨; 및
    상기 코어날개부(200)에 권선하여 형성된 코일(300), 여기서 상기 코일(300)은 (i) 상기 코어중심부(100)의 측면에 형성된 일부 날개의 상부면을 지나면서 하부면을 지나지 않고 (ii) 상기 코어중심부(100)의 맞은편 측면에 형성된 다른 일부 날개의 상부면을 지나지 않으면서 하부면을 지남;을 포함하는 무선전력 수신기에 있어서,
    상기 코어날개부(200)는, 상기 코어중심부(100)의 Y축 길이 방향 일측단에 형성된 제1날개(210), 상기 코어중심부(100)의 X축 길이 방향 일측단에 형성된 제2날개(220), 상기 코어중심부(100)의 Y축 길이 방향 타측단에 형성된 제3날개(230), 및 상기 코어중심부(100)의 X축 길이 방향 타측단에 형성된 제4날개(240)를 포함하고,
    상기 코일(300)은, 상기 제1날개(210)의 상부면, 상기 제2날개(220)의 상부면, 상기 제3날개(230)의 하부면, 및 상기 제4날개(240)의 하부면을 지나는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 날개는 XY평면 상에서 방사형으로 형성된 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 날개 중 적어도 하나는 곡선 형상인 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 날개 중 적어도 하나는 상기 코어중심부(100)로부터 멀어질수록 폭이 넓어지거나 동일한 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 날개 중 적어도 하나의 끝단에 형성된 코어날개확장부(600)을 추가로 포함하며,
    상기 코어날개확장부(600)는 상기 복수의 날개 중 적어도 하나의 끝단보다 폭이 넓거나 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
  6. 삭제
  7. Z축 방향의 길이가 X축 방향의 길이보다 짧고, Z축 방향의 길이가 Y축 방향의 길이보다 짧게 형성된 코어중심부(100);
    상기 코어중심부(100)로부터 외부 방향으로 형성된 복수의 날개를 갖는 코어날개부(200)), 여기서 상기 복수의 날개 중 일부 날개는 상기 코어중심부(100)의 측면에 형성되고, 다른 일부 날개는 상기 코어중심부(100)의 맞은편 측면에 형성됨; 및
    상기 코어날개부(200)에 권선하여 형성된 코일(300), 여기서 상기 코일(300)은 (i) 상기 코어중심부(100)의 측면에 형성된 일부 날개의 상부면을 지나면서 하부면을 지나지 않고 (ii) 상기 코어중심부(100)의 맞은편 측면에 형성된 다른 일부 날개의 상부면을 지나지 않으면서 하부면을 지남;을 포함하는 무선전력 수신기에 있어서,
    상기 코어날개부(200)는, 상기 코어중심부(100)의 Y축 길이 방향 일측단에 형성된 제1날개(210), 상기 코어중심부(100)의 X축 길이 방향 일측단에 형성된 제2날개(220), 상기 코어중심부(100)의 Y축 길이 방향 타측단에 형성된 제3날개(230), 및 상기 코어중심부(100)의 X축 길이 방향 타측단에 형성된 제4날개(240)를 포함하고,
    상기 코일(300)은, (i) 상기 제1날개(210)의 하부면, 상기 제2날개(220)의 상부면, 상기 제3날개(230)의 상부면, 및 상기 제4날개(240)의 하부면을 지나는 제1코일(310) 및 (ii) 상기 제1날개(210)의 상부면, 상기 제2날개(220)의 상부면, 상기 제3날개(230)의 하부면, 및 상기 제4날개(240)의 하부면을 지나는 제2코일(320)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신기.
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