KR102063754B1 - 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기적으로 분리된 제1차측 회로와 제2차측 회로의 무선 전력전달이 가능한 트랜스포머를 포함하는 무선전력전송 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 기 설정된 간격으로 배치된 제1차측 회로 및 제2차측 회로를 포함하며, 상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로가 전기적으로 분리되어 무선 전력전달이 가능한 트랜스포머 및 상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로 사이에 위치하여 상기 트랜스포머의 절연 및 방열을 수행하는 절연부를 포함한다.

Description

무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템 및 그 방법{WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM COMPRISING WIRELESS POWER TRANSFER TRANSFORMER AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기적으로 분리된 제1차측 회로와 제2차측 회로의 무선 전력전달이 가능한 트랜스포머를 포함하는 무선전력전송 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
현재까지의 무선전력전송은 소규모의 전력전송 회로방식이 주로 사용되었다. 그 외에 다른 방식으로는 자기공명을 이용하는 방법으로, 공간에 전자파를 매체로 하여 무선으로 전력을 전송하는 기술을 사용하였다. 이는 에너지 공급에 필요한 전력선의 제약에서 벗어난다는 장점이 있지만, 전자 환경이 서로 다른 시스템에 영향을 미칠 가능성이 존재하기 때문에 전자양립성(Electromagnetic Compatibility, EMC)이 확립되어야 한다는 한계가 존재하였다.
특히, 인체에 관련된 생체 EMC 문제도 중요한 고려대상이다. 이러한 전자 간섭문제는 국제전기통신연합(ITU)에서 조정하고 있으며, 불요 전자방사에 대해서는 국제무선장해위원회(CISPR)가 규제하고 있다. 또한, 각국에서는 국내 전파관리법에서 규제하고 있으며, 전파의 안전사용 기준을 표준으로 지정하기 위해 전자기장 노출기준을 준용하고 있다.
EMF(Electro­Magnetic Field: 전자기장) 기준은 무선전력 기기의 방사 및 노출한계 즉, 전자기장에 인체가 노출되는 최대허용 수준에 대한 표준이다. 특히, 저주파 전자계의 방호지침은 IEEE, WHO 등 관련기관들의 연구 결과에 따라 최근에는 ICNIRP 지침으로 가이드라인을 정하고 있다.
선행기술문헌 한국등록특허 제10­1497140호는 '다중기기의 자유 위치 무선 충전을 위한 무선전력전송 시스템'에 관한 것이다.
선행기술문헌에서, 송신기와 수신기는 중심 위치가 수평적으로 다른 자유 위치에 배치되어(free positioning), 송신 코일과 수신 코일 간에 미리 결정된 범위의 균일한 상호 인덕턴스를 통해 무선으로 전력을 송수신함으로써, 간단한 임피던스 정합 회로만을 사용하여 수신기의 충전 위치에 상관없이 일정한 효율을 제공하며, 복수 개의 전자기기로의 무선 전력 전송에서도 임피던스 정합의 어려움 없이 동시에 전력을 전송할 수 있는 기술이다.
다만, 선행기술문헌은 송신기의 회로와 수신기의 회로가 연결된 형태의 트랜스포머를 포함하므로, 생산성이 낮고, 회로 간의 절연 내압 문제 및 방열 문제가 발생한다는 문제가 존재하였다.
한국등록특허 제10­1497140호(2015.02.23. 등록), "다중기기의 자유 위치 무선 충전을 위한 무선전력전송 시스템"
본 발명의 목적은 완전히 분리된 제1차측 회로와 제2차측 회로를 이용하여 전력전달이 가능한 트랜스포머를 포함함으로써, 평면화가 가능하고, 다양한 전력용량 모델에 적용 가능한 기술을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 다층 PCB의 평면 코어를 사용하여 온도 상승 범위 내에서 높은 출력 전력밀도를 제공하며, 열저항 및 누설 인덕턴스를 저감할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 세라믹 소재를 이용하여 트랜스포머의 절연 및 방열을 수행함으로써, 트랜스포머의 절연 내압 문제 및 방열 문제를 해결할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템은 기 설정된 간격으로 배치된 제1차측 회로 및 제2차측 회로를 포함하며, 상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로가 전기적으로 분리되어 무선 전력전달이 가능한 트랜스포머 및 상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로 사이에 위치하여 상기 트랜스포머의 절연 및 방열을 수행하는 절연부를 포함한다.
상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로는 상기 절연부를 중심으로 전기적으로 분리되어 있으나, 하나의 코어를 통해서 자기적으로 결합된 것일 수 있다.
상기 트랜스포머는 상기 제1차측 회로 또는 상기 제2차측 회로의 교체가 가능할 수 있다.
상기 트랜스포머는 상기 절연부에 의해 방열되어, 내부 발생열을 외부로 전달할 수 있다.
상기 절연부는 세라믹 소재로, 전기적으로 절연성이고, 열적으로 전도성일 수 있다.
상기 절연부는 상기 트랜스포머에서 발생되는 내부 발생열을 외부로 전달하는 히트파이프의 형태일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템은 상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로를 포함하는 상기 트랜스포머의 동작을 모니터링 및 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 장치는 제2차측 회로층, 상기 제2차측 회로층 상에 위치하며, 상기 제2차측 회로층 및 제1차측 회로층 사이의 절연 및 방열을 수행하는 세라믹 층 및 상기 세라믹 층 상에 위치하며, 상기 제2차측 회로층과 자기적으로 결합된 상기 제1차측 회로층을 포함한다.
상기 제1차측 회로층 및 상기 제2차측 회로층은 상기 세라믹 층을 중심으로 전기적으로 분리되어 있으나, 하나의 코어를 통해서 자기적으로 결합되어 무선 전력전달이 가능할 수 있다.
상기 세라믹 층은 세라믹 소재로, 전기적으로 절연성이고, 열적으로 전도성일 수 있다.
상기 세라믹 층은 상기 제1차측 회로층 및 상기 제2차측 회로층을 포함하는 트랜스포머의 절연 및 방열을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템의 동작 방법에 있어서, 트랜스포머 내 제1차측 회로를 이용하여 무선으로 전력을 송신하는 단계 및 상기 제1차측 회로와 기 설정된 간격으로 배치되며, 전기적으로 분리되어 무선 전력전달이 가능한 제2차측 회로를 이용하여 무선으로 전력을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템은 상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로 사이에 위치하여 상기 트랜스포머의 절연 및 방열을 수행하는 절연부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 완전히 분리된 제1차측 회로와 제2차측 회로를 이용하여 전력전달이 가능한 트랜스포머를 포함함으로써, 평면화가 가능하고, 다양한 전력용량 모델에 적용 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 다층 PCB의 평면 코어를 사용하여 온도 상승 범위 내에서 높은 출력 전력밀도를 제공하며, 열저항 및 누설 인덕턴스를 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 세라믹 소재를 이용하여 트랜스포머의 절연 및 방열을 수행함으로써, 트랜스포머의 절연 내압 문제 및 방열 문제를 해결할 수 있고, 내부 발생열을 낮출 수 있어 코어의 소형화가 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1차측 회로 및 제2차측 회로가 분리된 형태이므로, 제2차측 회로의 교체만으로 다양한 전력용량 모델의 PSiP(Power Supply in Package) 전원장치를 개발할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템의 내부 블록도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템의 개념도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 장치의 구조를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템의 적용 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에서, 트랜스포머의 제1차측 회로와 제2차측 회로가 전기적으로 분리되어 있지만, 하나의 코어를 통하여 자기적으로는 결합되어 있다. 이러한 트랜스포머를 포함하고 있는 회로의 주된 용도는 직류 차단 및 교류 통과를 위한 회로의 전기적 분리, 승압, 강압 그리고 에너지의 전달에 있다.
본 발명의 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템 및 그 방법에 관련된 기술분야로는 전기적 절연 및 승압이 필요한 고전압 시스템, 전기적 절연 및 강압이 필요한 저전압 시스템 등 절연이 필요한 모든 회로분야에 사용 가능하다.
이하에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템 및 그 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템의 내부 블록도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템(100)은 분리된 제1차측 회로(210)와 제2차측 회로(220)를 이용하여 무선 전력전달이 가능한 트랜스포머(200)를 포함하고, 제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220) 사이에 위치하여 트랜스포머의 절연 및 방열을 수행하는 절연부(300)를 포함한다.
이 때, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템(100)은 300W/in3 이상의 초고밀도 PSiP(Power Supply in Package) 전원장치일 수 있다.
PSiP 전원장치에서, 회로의 고주파화에도 불구하고 자성체가 갖는 고유의 손실특성은 소형화의 제한요소로 작용하였다. 이에, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템(100)은 완전히 분리된 제1차측 회로(210)와 제2차측 회로(220)를 이용하여 무선 전력전달이 가능한 트랜스포머(200) 및 절연부(300)를 포함으로써, 높이를 낮게 설계하는 평면화 기술을 적용하여 코어의 소형화가 가능할 수 있다.
제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220)는 고주파의 스위칭이 가능한 고효율 토폴로지 회로일 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템(100)은 700W, 250W, 100W급의 PSiP(Power Supply in Package) 고전력 밀도 전원모듈을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템(100)은 제1차측 회로(210)의 송신 코일과 제2차측 회로(220)의 수신 코일 간의 전력 송수신을 제공하며, 트랜스포머(200)는 제1차측 회로(210)의 송신 코일과 제2차측 회로(220)의 수신 코일을 포함하는 형태이다.
이 때, 트랜스포머(200)는 제1차측 회로(210)와 제2차측 회로(220)가 완전히 분리된 형태를 포함하므로, 제2차측 회로(220)의 교체만으로 다양한 전력용량 모델의 PSiP 전원장치를 개발할 수 있으며, 다양한 전력용량 모델의 PSiP 전원장치에 적용될 수 있다.
실시예에 따르면, 트랜스포머(200)를 포함하고 있는 회로는 직류 차단 및 교류 통과를 위한 회로의 전기적 분리, 승압, 강압을 수행할 수 있으며, 에너지를 전달할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템(100)은 제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220)를 포함하는 트랜스포머(200)의 동작을 모니터링 및 제어하는 제어부(110)를 포함할 수 있다.
제어부(110)는 제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220)로부터 수신되는 신호에 기초하여 유지보수 및 수명예측을 모니터링하며, 제1차측 회로(210)의 송신 코일의 출력 신호와, 제2차측 회로(220)의 수신 코일의 수신 신호를 감지하여 제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220)의 동작을 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템의 개념도를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템은 전기적으로 분리된 제1차측 회로와 제2차측 회로의 무선 전력전달이 가능하다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템(100)은 트랜스포머(200) 및 절연부(300)를 포함한다.
트랜스포머(200)는 기 설정된 간격으로 배치된 제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220)를 포함하며, 제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220)가 전기적으로 분리되어 무선 전력전달이 가능하다.
이 때, 제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220)는 절연부(300)를 중심으로 전기적으로 분리되어 있으나, 하나의 코어를 통해서 자기적으로 결합된 형태일 수 있다. 제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220)는 분리된 형태이므로, 전기적 절연 특성이 우수하다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템(100)에서, 제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220)는 완전히 분리된 형태이므로, 제1차측 회로(210) 또는 제2차측 회로(220)의 변화를 통하여 다양한 전력용량 회로를 개발할 수 있으며, 다양한 전력용량 모델의 PSiP 전원장치에 적용될 수 있다.
절연부(300)는 제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220) 사이에 위치하여 트랜스포머(200)의 절연 및 방열을 수행한다.
절연부(300)는 트랜스포머(200)에서 발생되는 내부 발생열을 외부로 전달하는 히트파이프(heat pipe)의 형태일 수 있다.
이 때, 절연부(300)는 세라믹 소재 등의 열 전도율이 높은 재질로 형성된 것일 수 있으며, 세라믹 소재로 인해 전기적으로 절연성이고, 열적으로 전도성의 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 절연부(300)는 무선전력전송 시스템, 장치, 모듈, 소자의 구조적 신뢰성을 보장할 수 있는 충분한 강도를 가질 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템(100)에서, 절연부(300)는 전술한 특성을 이용하여 트랜스포머(200)의 절연 및 방열을 수행함으로써, 트랜스포머(200)의 절연 내압 문제 및 방열 문제를 최소화할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220)의 변압기 코어 및 권선이 절연부(300)의 세라믹 기판에 접촉되므로, 내부 발생열을 절연부(300)를 통해 외부로 전달할 수 있다. 이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템(100)은 변압기 코어의 내부 발생열을 낮출 수 있으므로, 코어의 소형화가 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 장치의 구조를 설명하기 위해 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 장치(또는 모듈, 400)는 제2차측 회로층(420), 제2차측 회로층(420) 상의 세라믹 층(500), 및 세라믹 층(500) 상의 제1차측 회로층(410)을 포함하는 무선전력전송 층(Wireless power transfer layer, 600)을 포함한다.
도 3을 참조하면, 무선전력전송 장치(400)는 무선전력전송 층(600)의 상단에 배치된 임베디드 PCB를 포함하고, 무선전력전송 층(600)의 하단에 배치된 임베디드 PCB를 포함할 수 있다. 이 때, 임베디드 PCB는 마운팅 층(Power device mounting layer, 430), LTCC 층(Low Temperature Co­fired Ceramic layer, 440), EMI 차폐 층(Electro Magnetic Interference layer, 450)이 적층된 형태일 수 있다.
제2차측 회로층(Secondary side transformer, 420) 및 제1차측 회로층(Primary side transformer, 410)은 세라믹 층(Ceramic isolation layer, 500)을 중심으로 전기적으로 분리되어 있으나, 하나의 코어를 통해서 자기적으로 결합되어 무선 전력전달이 가능할 수 있다.
제1차측 회로층(410)과 제2차측 회로층(420)의 중간 갭(Gap)에 세라믹 층(500)을 형성함으로써, 트랜스포머의 절연 및 방열 효과를 개선시킬 수 있다.
세라믹 층(500)은 세라믹 소재 등의 열 전도율이 높은 재질로 형성된 것일 수 있으며, 세라믹 소재로 인해 전기적으로 절연성이고, 열적으로 전도성의 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 세라믹 층(500)은 무선전력전송 시스템, 장치, 모듈, 소자의 구조적 신뢰성을 보장할 수 있는 충분한 강도를 가질 수 있다.
이 때, 제1차측 회로층(410) 및 제2차측 회로층(420)은 고주파의 스위칭이 가능한 고효율 토폴로지 회로일 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 장치(400)는 700W, 250W, 100W급의 PSiP(Power Supply in Package) 고전력 밀도 전원모듈을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 장치(400)는 무선전력전송 모듈을 포함할 수 있으며, LTCC(Low Temperature Co­fired Ceramic, 저온동시소성 세라믹) 공정을 이용한 수동 소자 매립형 임베디드 PCB를 적용한 고전력 밀도의 전원장치 모듈일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 장치(400)는 다층 PCB의 평면 코어를 사용하여 체적에 대한 표면적의 비가 개선되므로, 열저항이 기존의 방식에 비해 약 50% 정도 저감될 수 있다. 이로 인해, 온도 상승 범위 내에서 높은 출력 전력밀도를 나타낼 뿐 아니라, 누설 인덕턴스를 저감할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템의 적용 예를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템은 제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220)를 전기적, 자기적으로 완전히 분리시키는 무선전력전송 트랜스포머(200)를 포함한다.
이 때, 제1차측 회로(210) 및 제2차측 회로(220) 사이에 위치하여 트랜스포머(200)의 절연 및 방열을 수행하는 절연부를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 무선전력전송 트랜스포머(200)로 인해 제1차측 회로(210)와 제2차측 회로(220)가 전기적, 자기적으로 완전히 분리되어 있기 때문에, 제2차측 회로(220)의 교체만으로 다양한 전력용량 모델의 PSiP 전원장치를 개발할 수 있으며, 다양한 전력용량 모델의 PSiP 전원장치에 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 5의 도시된 방법은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템에 의해 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 단계 510에서 제1차측 회로를 이용하여 무선으로 전력을 송신한다.
단계 520에서 제2차측 회로를 이용하여 무선으로 전력을 수신한다.
상세하게는, 단계 510은 트랜스포머 내 제1차측 회로를 이용하여 무선으로 전력을 송신하고, 단계 520은 제1차측 회로와 기 설정된 간격으로 배치되며, 전기적으로 분리되어 무선 전력전달이 가능한 제2차측 회로를 이용하여 무선을 전력을 수신한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템은 300W/in3 이상의 초고밀도 PSiP(Power Supply in Package) 전원장치일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템은 700W, 250W, 100W급의 PSiP(Power Supply in Package) 고전력 밀도 전원모듈을 포함할 수 있으며, 제1차측 회로 및 제2차측 회로는 고주파의 스위칭이 가능한 고효율 토폴로지 회로일 수 있다.
트랜스포머는 제1차측 회로와 제2차측 회로가 완전히 분리된 형태를 포함하므로, 제2차측 회로의 교체만으로 다양한 전력용량 모델의 PSiP 전원장치에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템은 제1차측 회로 및 제2차측 회로 사이에 위치하여 트랜스포머의 절연 및 방열을 수행하는 절연부를 포함한다.
제1차측 회로 및 제2차측 회로는 절연부를 중심으로 전기적으로 분리되어 있으나, 하나의 코어를 통해서 자기적으로 결합된 형태일 수 있다. 제1차측 회로 및 제2차측 회로는 분리된 형태이므로, 전기적 절연 특성이 우수하다.
이 때, 절연부는 세라믹 소재 등의 열 전도율이 높은 재질로 형성된 것일 수 있으며, 세라믹 소재로 인해 전기적으로 절연성이고, 열적으로 전도성의 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 절연부는 무선전력전송 시스템, 장치, 모듈, 소자의 구조적 신뢰성을 보장할 수 있는 충분한 강도를 가질 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템에서, 절연부는 전술한 특성을 이용하여 트랜스포머의 절연 및 방열을 수행함으로써, 트랜스포머의 절연 내압 문제 및 방열 문제를 최소화할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD­ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기­광 매체(magneto­optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템
200: 트랜스포머
210: 제1차측 회로
220: 제2차측 회로
300: 절연부
400: 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 장치
410: 제1차측 회로층
420: 제2차측 회로층
430: 마운팅 층(Power device mounting layer)
440: LTCC 층(Low Temperature Co­fired Ceramic layer)
450: EMI 차폐 층(Electro Magnetic Interference layer)
500: 세라믹 층
600: 무선전력전송 층(Wireless power transfer layer)

Claims (12)

  1. 기 설정된 간격으로 배치된 제1차측 회로 및 제2차측 회로를 포함하며, 상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로가 전기적으로 분리되어 무선 전력전달이 가능한 트랜스포머;
    상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로 사이에 위치하여 상기 트랜스포머의 절연 및 방열을 수행하는 절연부; 및
    상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로를 포함하는 상기 트랜스포머의 동작을 모니터링 및 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로는 상기 절연부를 중심으로 전기적으로 분리되어 있으나, 하나의 코어를 통해서 자기적으로 결합되고,
    상기 트랜스포머는
    상기 제1차측 회로의 송신 코일과 상기 제2차측 회로의 수신 코일을 포함하고, 상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로가 완전히 분리된 형태를 포함하므로, 상기 제1차측 회로 또는 상기 제2차측 회로의 교체가 가능하며,
    상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로의 변압기 코어 및 권선이 상기 절연부의 세라믹 기판에 접촉되어 상기 절연부는 전기적으로 절연성이고, 열적으로 전도성인 세라믹 소재의 히트파이프(heat pipe)의 형태로 상기 변압기 코어의 내부 발생열을 외부로 전달하고,
    상기 제어부는
    상기 트랜스포머 내 상기 제1차측 회로의 송신 코일의 출력 신호와 상기 제2차측 회로의 수신 코일의 수신 신호를 감지하여 상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로의 동작을 제어하며, 상기 제1차측 회로 및 상기 제2차측 회로로부터 수신되는 신호에 따라 유지보수 및 수명예측을 모니터링하는 것을 특징으로 하는, 무선전력전송 트랜스포머를 포함한 무선전력전송 시스템.
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