KR101983172B1 - 비접촉 방식 전력 수전 장치 - Google Patents

비접촉 방식 전력 수전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 둘의 수전 코일에 하나의 정류 회로가 공유되는 비접촉 방식 전력 수전 장치가 제공되며, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치는 제1 수전 코일과 제2 수전 코일; 및 상기 제1 및 제2 수전 코일 중 외부의 송전 코일로부터 비접촉 방식으로 전력을 전송받은 하나의 수전 코일로부터의 전력을 정류하는 선택적 정류부를 포함한다.

Description

비접촉 방식 전력 수전 장치{NON-CONTACT TYPE POWER RECEIVING APPARATUS}
본 발명은 비접촉 방식으로 전력을 수전하여 배터리를 충전시키는 비접촉 방식 전력 수전 장치에 관한 것이다.
전자장치는 전기를 에너지원으로 하여 작동한다.
전자장치를 작동시키기 위해서는 에너지원인 전력의 공급이 필요하며, 전력의 공급은 장치가 스스로 자체 발전하여 조달할 수 있으며 또는 외부로부터 공급받을 수도 있다.
전자장치가 외부로부터 전력을 공급받기 위해서는 외부의 전력 공급 설비로부터 전자장치로 전력을 전달해 주기 위한 전력 공급 장치가 필요하게 된다.
이러한 전력 공급 장치로는 일반적으로 커넥터 등으로 전자 장치에 직접 연결되어 전자 장치에 내장된 배터리(battery)에 전력을 공급하는 접촉 방식의 전력 공급 장치가 주로 사용되거나, 비접촉 방식으로 전자 장치에 내장된 배터리에 전력을 공급할 수 있다.
특히, 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass) 등과 같은 웨어러블 기기는 휴대가 간편한 형태로 구성되어 비접촉 방식으로 내부의 배터리에 전력을 충전시킬 수 있다.
상술한 웨어러블 기기는 휴대 단말기와 달리 그 형태가 다양하여, 충전을 위해 충전 패드에 위치시키는 경우 다양한 방향으로 전력이 전송되는 것이 바람직하나, 하기의 선행 기술 문헌과 같이 일반적인 비접촉 방식 전력 수전 장치는 비접촉 방식으로 배터리 장치에 전력을 공급하는 경우 하나의 수전 코일을 사용하고, 더하여 복수의 수전 코일을 사용하는 경우에도, 하나의 수전 코일당 정류 회로 및 레귤레이션 회로가 각각 채용되어야 하여, 제조 비용 및 부피가 증가하는 문제점이 있다.
국내특허공개공보 제2013-0054897호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 둘의 수전 코일에 하나의 정류 회로가 공유되는 비접촉 방식 전력 수전 장치가 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치는 제1 수전 코일과 제2 수전 코일; 및 상기 제1 및 제2 수전 코일 중 외부의 송전 코일로부터 비접촉 방식으로 전력을 전송받은 하나의 수전 코일로부터의 전력을 정류하는 선택적 정류부를 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치는 비접촉 방식으로 전력을 수전하는 복수의 수전 유닛; 및 상기 복수의 수전 유닛으로부터 각각 전력을 전달받아 충전하는 복수의 배터리 셀을 포함하고, 상기 복수의 수전 유닛 각각은 제1 수전 코일과 제2 수전 코일; 상기 제1 및 제2 수전 코일 중 외부의 송전 코일로부터 비접촉 방식으로 전력을 전송받은 하나의 수전 코일로부터의 전력을 정류하는 선택적 정류부; 및 상기 정류된 전력을 충전 전력으로 변환하여 해당 배터리 셀에 전달하는 변환부를 포함하며, 상기 복수의 배터리 셀은 서로 직렬 또는 병렬 중 적어도 하나의 방식으로 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제조 비용 및 장치의 부피가 저감되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치가 충전 패드로부터 전력을 전송받는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치의 개략적인 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치의 개략적인 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치의 개략적인 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치의 개략적인 회로도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치의 제1 동작을 나타내는 회로도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치의 제2 동작을 나타내는 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치가 충전 패드로부터 전력을 전송받는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치(B)는 충전 패드(A)로부터 비접촉 방식으로 전력을 수전할 수 있다.
여기서, 비접촉 방식은 전원이 송신측에서 수신측으로 전송되는 과정에서 송신측과 수신측의 도전체 간의 직접적인 연결을 통하지 않는 방식을 의미하며 다른 말로 무접점 방식 또는 무선 전송 방식 등을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치(B)는 예를 들어 웨어러블 기기(wearable device), 보다 상세하게 예를 들면, 스마트 워치(smart watch)일 수 있다.
이러한 비접촉 방식 전력 수전 장치는 이동 통신 단말기와 달리 그 형태가 다양하고, 충전 패드에 위치시키기가 용이하지 않아 도시된 바와 같이 수전 코일부를 복수개 구비하여 충전 패드에 다양한 방향으로 위치하여도 수전이 가능하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 수전 코일부를 복수개 구비하는 경우 복수개의 수전 코일부 각각에 정류 회로가 연결되어, 복수개의 정류 회로가 필요하게 되나, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치(B)는 둘의 수전 코일부에 하나의 정류 회로를 공용할 수 있다.
이에 관하여, 하기와 같이 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치의 개략적인 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치(B)는 코일부(110), 선택적 정류부(120), 변환부(130)를 포함할 수 있다.
코일부(110)는 제1 및 제2 수전 코일부(111,112)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 수전 코일부(111,112)는 외부의 송전 코일로부터 비접촉 방식으로 전력을 전송받을 수 있으며, 제1 수전 코일부(111)와 제2 수전 코일부(112)는 서로 형성된 위치가 상이하여 제1 및 제2 수전 코일부(111,112) 중 하나의 수전 코일부로 전력이 전송된다.
선택적 정류부(120)는 코일부(110)의 제1 수전 코일부(111) 또는 제2 수전 코일부(112)로부터의 전력을 정류할 수 있다,
변환부(130)는 스위치(Q)를 통해 선택적 정류부(120)로부터 정류된 전력을 스위칭하여 정류된 전력을 충전 전력으로 변환해서 배터리(BC)에 전달할 수 있다.
배터리(BC)는 적어도 하나의 배터리 셀을 가질 수 있고, 복수개의 배터리 셀을 가질 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치의 개략적인 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 복수개의 배터리 셀이 구비되는 경우, 복수개의 배터리 셀은 서로 직렬 연결될 수 있고, 예를 들어 서로 직렬 연결된 제1 배터리 셀(BC1) 및 제2 배터리 셀(BC2)이 구비되는 경우, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치(B)는 제1 배터리 셀(BC1)에 충전 전력을 전달하는 제1 수전 유닛(100-1)과, 제2 배터리 셀(BC2)에 충전 전력을 전달하는 제2 수전 유닛(100-2)를 포함할 수 있다.
제1 수전 유닛(100-1)과 제2 수전 유닛(100-2)는 도 2에 도시된 바와 동일한 제1 및 제2 수전 코일부(111,112), 선택적 정류부(120) 및 변환부(130)를 각각 포함할 수 있다.
상술한 제1 및 제2 수전 코일부(111,112), 선택적 정류부(120) 및 변환부(130)의 기능 및 동작은 도 2에 관한 설명과 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치의 개략적인 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 복수개의 배터리 셀이 구비되는 경우, 복수개의 배터리 셀은 서로 직렬 및 병렬로 연결될 수 있으며, 예를 들어 제1-1 및 제1-2 배터리 셀(BC1-1, BC1-2)은 서로 직렬 연결되고, 제2-1 및 제2-2 배터리 셀(BC2-1, BC2-2) 또한 서로 직렬 연결되며, 하나의 배터리 셀 어레이를 구성하는 제1-1 및 제1-2 배터리 셀(BC1-1, BC1-2)과 다른 하나의 배터리 셀 어레이를 구성하는 제2-1 및 제2-2 배터리 셀(BC2-1, BC2-2)는 서로 병렬 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치(B)는 복수의 수전 유닛을 구비하여 서로 직렬 또는 병렬 연결된 복수개의 배터리 셀 각각에 충전 전력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 제1-1 수전 유닛(1001-1)은 제1-1 배터리 셀(BC1-1)에 충전 전력을 전달하고, 제1-2 수전 유닛(1001-2)은 제1-2 배터리 셀(BC1-2)에 충전 전력을 전달할 수 있다. 이와 유사하게, 제2-1 수전 유닛(1002-1)은 제2-1 배터리 셀(BC2-1)에 충전 전력을 전달하고, 제2-2 수전 유닛(1002-2)은 제2-2 배터리 셀(BC2-2)에 충전 전력을 전달할 수 있다.
제1-1 및 제1-2 수전 유닛(1001-1,1001-2)과 제2-1 및 제2-2 수전 유닛(1002-1,1002-2) 각각은 도 2 또는 도 3에 도시된 제1 및 제2 수전 코일부(111,112), 선택적 정류부(120) 및 변환부(130)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 수전 코일부(111,112), 선택적 정류부(120) 및 변환부(130)의 기능 및 동작은 도 2에 관한 설명과 동일하므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치의 개략적인 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치(B)의 코일부(110)는 제1 및 제2 수전 코일부(111,112)를 포함할 수 있으며, 제1 수전 코일부(111)는 제1 수전 코일(CR1)과 제1 캐패시터(CD1)를 포함할 수 있고, 제2 수전 코일부(112)는 제2 수전 코일(CR2)과 제2 캐패시터(CD2)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 수전 코일(CR1,CR2) 중 하나의 수전 코일은 외부의 충전 패드의 송전 코일로부터 비접촉 방식으로 전력을 전송받을 수 있고, 제1 및 제2 캐패시터(CD1,CD2) 각각은 제1 및 제2 수전 코일(CR1,CR2)와 선택적 정류부(120) 사이에 연결되어 직류 전력을 블로킹할 수 있고, 선택적 정류부(120)의 정류 스위칭 동작에 의해 전압 체배 동작을 수행할 수 있다. 이에 관해서는 하기의 도 6a 및 도 6b 또는 도 7a 및 도 7b에 관한 설명에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
선택적 정류부(120)는 제1 또는 제2 수전 코일(CR1,CR2)에 수전된 전력을 정류할 수 있으며, 제1 내지 제4 스위치(S1,S2,S3,S4)를 포함할 수 있다.
제1 스위치 및 제2 스위치(S1,S2)는 제1 수전 코일(CR1)로부터의 전력을 정류할 수 있고, 제3 스위치 및 제4 스위치(S3,S4)는 제2 수전 코일(CR2)로부터의 전력을 정류할 수 있다. 물론 전파 전류 동작을 위해, 제1 스위치(S1)가 턴 온되면 제4 스위치(S4)도 턴 온되고, 제2 스위치(S2)가 턴 온되면 제3 스위치(S3)도 턴 온되어 있다. 다만, 해당하는 자속이 쇄교하지 않아 동작하지 않는 것처럼 보일 수 있다.
보다 상세하게는 제1 내지 제4 스위치(S1,S2,S3,S4) 각각은 트랜지스터 또는 전계효과 트랜지스터(Field effect transistor; FET)로 이루어질 수 있다.
제1 스위치(S1)는 소스와, 제1 수전 코일(CR1)의 일단에 연결된 드레인을 갖고, 제2 스위치(S2)는 제1 스위치(S1)의 소스에 연결되고 제1 수전 코일(CR1)의 타단에 연결된 드레인과, 제2 수전 코일(CR2)의 타단에 연결되는 소스를 가질 수 있다.
제3 스위치(S3)는 소스와, 제1 스위치(S1)의 드레인과 함께 제1 수전 코일(CR1)의 일단에 연결된 드레인을 갖고, 제4 스위치(S4)는 제3 스위치(S3)의 소스에 연결되고 제2 수전 코일(CR2)의 일단에 연결된 드레인과, 제2 스위치(S2)의 소스와 함께 제2 수전 코일(CR2)의 타단에 연결되는 소스를 가질 수 있다.
두개의 수전 코일에 하나의 전파 정류 회로를 사용하기 위해, 제1 수전 코일(CR1)의 일단은 변환부(130)의 스위치(Q)를 통해 배터리(BC)의 일단(+ 단자)에 연결될 수 있고, 제2 수저 코일(CR2)의 타단은 배터리(BC)의 타단(-단자)에 연결될 수 있다.
제1 수전 코일(CR1)에 전력이 전송되는 경우 제1 스위치(S1)는 제2 스위치(S2)과 교번 스위칭하고, 제2 수전 코일(CR2)에 전력이 전송되는 경우 제3 스위치(S3)는 제4 스위치(S4)와 교번 스위칭할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치의 제1 동작을 나타내는 회로도이다.
제1 캐패시터(CD1)는 제1 수전 코일(CR1)의 타단과 제1 스위치(S1)의 소스 사이에 연결될 수 있다.
제1 캐패시터(CD1)는, 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 스위치(S1)의 도통시 제1 수전 코일(CR1)로부터의 전력의 전하를 충전하고, 도 6b에 도시된 바와 같이 제2 스위치(S2)의 도통시 변환부(130)에 정류된 전력을 전달하는 전달 경로를 형성하여 전압 레벨을 체배할 수 있다.
상술한 바와 같이, 전파 전류 동작을 위해, 제1 스위치(S1)가 턴 온되면 제4 스위치(S4)도 턴 온되고, 제2 스위치(S2)가 턴 온되면 제3 스위치(S3)도 턴 온되어 있다. 다만, 해당하는 자속이 쇄교하지 않아 동작하지 않는 것처럼 보일 수 있다.
이는 하기의 도 7a 및 도 7b에서도 마찬가지이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 방식 전력 수전 장치의 제2 동작을 나타내는 회로도이다.
제2 캐패시터(CD2)는 제2 수전 코일(CR2)의 일단과 제3 스위치(S3)의 소스 사이에 연결될 수 있다.
제2 캐패시터(CD2)는, 도 7a에 도시된 바와 같이 제4 스위치(S4)의 도통시 제2 수전 코일(CR2)로부터의 전력의 전하를 충전하고, 도 7b에 도시된 바와 같이 제3 스위치(S4)의 도통시 변환부(130)에 정류된 전력을 전달하는 전달 경로를 형성하여 전압 레벨을 체배할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 하나의 정류 회로를 둘의 수전 코일에 공용할 수 있어 제조 비용 및 장치의 부피가 저감될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
A: 충전 패드
B: 비접촉 방식 전력 수전 장치
100-1: 제1 수전 유닛
100-2: 제2 수전 유닛
1001-1: 제1-1 수전 유닛
1001-2: 제1-2 수전 유닛
1002-1: 제2-1 수전 유닛
102-2: 제2-2 수전 유닛
111: 제1 수전 코일부
112: 제2 수전 코일부
120: 선택적 정류부
130: 변환부

Claims (12)

  1. 제1 수전 코일과 제2 수전 코일; 및
    상기 제1 및 제2 수전 코일 중 외부의 송전 코일로부터 비접촉 방식으로 전력을 전송받은 하나의 수전 코일로부터의 전력을 정류하는 선택적 정류부를 포함하고,
    상기 선택적 정류부는 제1 수전 코일로부터의 수전된 전력을 정류하는 제1 전달 경로와, 제2 수전 코일로부터의 수전된 전력을 정류하고 상기 제1 전달 경로와 상이한 제2 전달 경로를 형성하는 복수의 스위치를 포함하는 비접촉 방식 전력 수전 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선택적 정류부는
    제1 수전 코일로부터의 전력을 정류하는 제1 스위치 및 제2 스위치와,
    제2 수전 코일로부터의 전력을 정류하는 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하는 비접촉 방식 전력 수전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스위치의 도통시 상기 제1 수전 코일로부터의 전력의 전하를 충전하고, 상기 제2 스위치의 도통시 전압 레벨을 체배하는 제1 캐패시터; 및
    상기 제4 스위치의 도통시 상기 제2 수전 코일로부터의 전력의 전하를 충전하고, 상기 제3 스위치의 도통시 전압 레벨을 체배하는 제2 캐패시터
    를 더 포함하는 비접촉 방식 전력 수전 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 소스와, 상기 제1 수전 코일의 일단에 연결된 드레인을 갖고,
    상기 제2 스위치는 상기 제1 스위치의 소스에 연결되는 드레인과, 상기 제2 수전 코일의 타단에 연결되는 소스를 가지며,
    상기 제3 스위치는 소스와, 상기 제1 스위치의 드레인과 함께 상기 제1 수전 코일의 일단에 연결된 드레인을 갖고,
    상기 제4 스위치는 상기 제3 스위치의 소스에 연결되는 드레인과, 상기 제2 스위치의 소스와 함께 상기 제2 수전 코일의 타단에 연결되는 소스를 갖는 비접촉 방식 전력 수전 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 캐패시터는 상기 제1 스위치의 소스와 상기 제1 수전 코일의 타단 사이에 연결되고,
    상기 제2 캐패시터는 상기 제3 스위치의 소스와 상기 제2 수전 코일의 일단 사이에 연결되는 비접촉 방식 전력 수전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정류된 전력을 충전 전력으로 변환하여 배터리에 전달하는 변환부를 더 포함하는 비접촉 방식 전력 수전 장치.
  8. 비접촉 방식으로 전력을 수전하는 복수의 수전 유닛; 및
    상기 복수의 수전 유닛으로부터 각각 전력을 전달받아 충전하는 복수의 배터리 셀을 포함하고,
    상기 복수의 수전 유닛 각각은
    제1 수전 코일과 제2 수전 코일;
    상기 제1 및 제2 수전 코일 중 외부의 송전 코일로부터 비접촉 방식으로 전력을 전송받은 하나의 수전 코일로부터의 전력을 정류하는 선택적 정류부; 및
    상기 정류된 전력을 충전 전력으로 변환하여 해당 배터리 셀에 전달하는 변환부를 포함하며,
    상기 복수의 배터리 셀은 서로 직렬 또는 병렬 중 적어도 하나의 방식으로 전기적으로 연결된 비접촉 방식 전력 수전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 선택적 정류부는
    제1 수전 코일로부터의 전력을 정류하는 제1 스위치 및 제2 스위치와,
    제2 수전 코일로부터의 전력을 정류하는 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하는 비접촉 방식 전력 수전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 스위치의 도통시 상기 제1 수전 코일로부터의 전력의 전하를 충전하고, 상기 제2 스위치의 도통시 전압 레벨을 체배하는 제1 캐패시터; 및
    상기 제4 스위치의 도통시 상기 제2 수전 코일로부터의 전력의 전하를 충전하고, 상기 제3 스위치의 도통시 전압 레벨을 체배하는 제2 캐패시터
    를 더 포함하는 비접촉 방식 전력 수전 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 소스와, 상기 제1 수전 코일의 일단에 연결된 드레인을 갖고,
    상기 제2 스위치는 상기 제1 스위치의 소스에 연결된 드레인과, 상기 제2 수전 코일의 타단에 연결되는 소스를 가지며,
    상기 제3 스위치는 소스와, 상기 제1 스위치의 드레인과 함께 상기 제1 수전 코일의 일단에 연결된 드레인을 갖고,
    상기 제4 스위치는 상기 제3 스위치의 소스에 연결된 드레인과, 상기 제2 스위치의 소스와 함께 상기 제2 수전 코일의 타단에 연결되는 소스를 갖는 비접촉 방식 전력 수전 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 캐패시터는 상기 제1 스위치의 소스와 상기 제1 수전 코일의 타단 사이에 연결되고,
    상기 제2 캐패시터는 상기 제3 스위치의 소스와 상기 제2 수전 코일의 일단 사이에 연결되는 비접촉 방식 전력 수전 장치.
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