KR102121076B1 - 무접점 급전기구 및 무접점 급전기구용 2차코일 - Google Patents

무접점 급전기구 및 무접점 급전기구용 2차코일 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 급전 효율이 높은 무접점 급전기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 전기기기에 전력을 공급하는 수전 장치에는 2차코일(3)이 구비되며, 수전 장치에 전력을 공급하는 급전장치에는 1차코일이 구비된다. 1차코일은, 자성 재료로 이루어지는 1차코어와, 도전성 재료로 이루어져, 1차코어에 감긴 권선을 구비한다. 2차코일(3)은, 자성 재료로 이루어지는 봉형상의 2차코어(31)와, 도전성 재료로 이루어져, 2차코어에 감긴 권선(32)과, 2차코어(31)의 적어도 한쪽의 단부면에 장착된 자성 시트(4)를 구비한다. 자성 시트(4)는, 2차코어(31)의 단부면(31a)과 밀접한 밀접부(41)와, 밀접부(41)로부터 2차코어(31)의 직경 바깥방향으로 뻗으며, 적어도 부분적으로 2차코어(31)의 축심방향에 평행이 아닌 법선을 가진 굴곡부(42)를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

무접점 급전기구 및 무접점 급전기구용 2차코일{NON-CONTACT POWER FEEDING MECHANISM AND SECONDARY COIL FOR NON-CONTACT POWER FEEDING MECHANISM}
본 발명은, 무접점 급전기구, 특히, 전자 유도를 이용한 무접점 급전기구 및 이것에 사용되는 2차코일에 관한 것이다.
종래, 휴대전화를 비롯한 휴대기기 등의 코드레스 전기기기는, 충전지를 내장하고 있으며, 크래들이나 AC 어댑터 등의 충전기기를 이용하여 충전을 행하고 있었다. 이러한 충전 방식에서는, 전기기기 쪽의 접점과 충전기기 쪽의 접점을 접촉시키고, 전기적으로 도통시킴으로써, 급전 및 충전이 행하여 지고 있다.
최근에는, 이와 같이 접점끼리를 접촉시키지 않고 급전을 행하는 무접점 급전(무접촉 급전) 방식이 계속 채용되고 있다. 무접점 급전 방식에서는, 외부에 노출되는 접점이 없기 때문에, 접점의 접촉불량이 발생될 염려가 없고, 또한, 방수가 용이해지는 등의 이점이 있다.
현재, 무접점 급전에는, 전자유도방식, 전파방식, 전자계공명방식이 사용되고 있다. 전자유도방식에서는, 전기기기 쪽에 2차코일을 구비하고, 급전기기 쪽에 1차코일을 구비하고 있다. 급전기기로부터 전기기기에 급전할 때에는, 1차코일과 2차코일이 대향하도록, 급전기기와 전기기기를 배치한다. 그리고, 1차코일에 전류를 공급하여서, 1차코일에 자속을 발생시킨다. 이 자속에 의해서 2차코일에 전자유도에 의한 기전력(起電力)이 발생한다. 이로써, 전기기기는 전력 공급을 받을 수 있다.
[특허 문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개 2012-199505호 공보 [특허 문헌 2] 일본국 공개특허공보 특개평 9-238428호 공보 [특허 문헌 3] 일본국 공개특허공보 특개 2005-137173호 공보
종래의 전자유도방식의 무접점 급전기구는, 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같은 1차코일 및 2차코일을 소용돌이형상의 평면 코일로서 형성하고, 급전 시에는 이들을 대향 배치하고 있다.
또, 특허 문헌 2, 3에서는, 2차코일을 봉형상(원호형상)으로 형성하고, 2차코일의 양쪽 단부를 1차코일의 단부에서 끼워 넣는 구성으로 되어 있다.
그러나, 특허 문헌 1과 같은 평면 코일을 이용한 경우, 코일의 위치 어긋남으로 인하여 급전 효율이 저하되는 문제가 있었다. 또, 특허 문헌 2, 3과 같은 구성의 코일을 이용한 경우에 있어서도, 2차코일에 작용하는 자속은 강하게 되지만, 1차코일에 대한 2차코일의 위치 어긋남이나 회전이 발생된 경우에는 급전 효율이 저하될 염려가 있다.
본 발명은 상기 과제에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 급전 효율이 높은 무접점 급전기구를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 무접점 급전기구의 바람직한 실시형태의 하나로서는, 전기기기에 전력을 공급하는 수전 장치와, 상기 수전 장치에 전력을 공급하는 급전 장치를 구비하고, 상기 급전 장치는, 1차코일을 구비하며, 상기 수전 장치는, 2차코일을 구비하고, 상기 1차코일은, 자성 재료로 이루어지는 1차코어와, 도전성 재료로 이루어져, 상기 1차코어에 감긴 권선을 구비하고, 상기 2차코일은, 자성 재료로 이루어지는 봉형상의 2차코어와, 도전성 재료로 이루어져, 상기 2차코어에 감긴 권선과, 상기 2차코어의 적어도 한쪽의 단부면에 장착된 자성시트를 구비하며, 상기 자성시트는, 상기 2차코어의 상기 단부면과 밀접한 밀접부와, 상기 밀접부로부터 상기 2차코어의 직경 바깥방향으로 뻗으며, 적어도 부분적으로 상기 2차코어의 축심방향에 평행이 아닌 법선을 가진 굴곡부를 구비하고 있다.
이 구성에서는, 2차코어의 단부면에 밀접부와 굴곡부로 이루어지는 자성시트가 설치되어 있다. 그러므로, 2차코어의 축심방향이, 1차코일이 발생하는 자속방향에 대해서 회전하였다고 해도, 종래의 2차코일을 사용한 경우에는 이용할 수 없는 자속도 자성시트의 굴곡부에 입사되어, 밀접부를 개재하여 2차코어로 유입된다. 그렇기 때문에, 2차코어의 축심방향이, 1차코일이 발생하는 자속방향에 대해서 회전하였다고 해도, 급전 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 1차코일에 대한 2차코일의 배치 자유도를 높이는 것도 가능하다.
본 발명의 무접점 급전기구의 바람직한 실시형태의 하나로서는, 상기 1차코어는, 서로의 축심이 평행하게 이루어져, 서로의 사이에 공간이 형성되도록 구성된 한쌍의 대향부를 구비하고, 상기 2차코일은, 급전상태에 있어서, 상기 한쌍의 대향부 사이에 배치되고, 상기 자성 시트는, 상기 2차코어의 양쪽 단부면에 설치되어 있다.
이 구성에 의하면, 2차코일에 작용하는 자속을 높임과 동시에, 2차코어의 축심방향의, 1차코일이 발생하는 자속방향에 대한 회전에 의한, 급전 효율의 저하를 억제할 수 있다.
굴곡부의 형상은 다양하게 변경 가능하지만, 측단면형상을 원호형상으로 하면, 어떠한 회전각에서도, 자속이 직교 입사하는 부분이 있기 때문에 바람직하다. 또한, 굴곡부를 구면(球面)형상으로 하면, 다양한 회전각에 대해서, 급전 효율의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명의 무접점 급전기구용 2차코일의 바람직한 실시형태에서는, 급전장치에 설치된 1차코일로부터의 자속을 받아서 기전력을 발생시키는 무접점 급전기구용 2차코일로서, 자성재료로 이루어지는 봉형상의 2차코어와, 도전성 재료로 이루어져, 상기 2차코어에 감긴 권선과, 상기 2차코어의 적어도 한쪽의 단부면에 장착된 자성시트를 구비하며, 상기 자성시트는, 상기 2차코어의 상기 단부면과 밀접한 밀접부와, 상기 밀접부로부터 상기 2차코어의 직경 바깥방향으로 뻗으며, 적어도 부분적으로 상기 2차코어의 축심방향에 평행이 아닌 법선을 가진 굴곡부를 구비하고 있다. 이와 같은 2차코일도, 위에서 설명한 무접점 급전기구의 부가적인 특징 구성을 적용할 수 있으며, 동일한 작용효과를 나타낸다.
본 발명은, 급전 효율이 높은 무접점 급전기구를 제공한다.
도 1은 무접점 급전기구의 개략도이다.
도 2는 1차코일의 대향부의 확대도이다.
도 3은 수전 장치의 개략도이다.
도 4는 1차코일에 대한 2차코일의 위치 어긋남(회전)의 영향을 설명하는 도면이다.
도 5는 1차코일에 대한 2차코일의 위치 어긋남(회전)의 영향을 설명하는 도면이다.
도 6은 1차코일에 대한 2차코일의 위치 어긋남(회전)의 영향을 설명하는 도면이다.
도 7은 다른 실시형태에 있어서의 2차코일에 대한 자성 시트의 배치를 나타내는 도면이다.
도 8은 다른 실시형태에 있어서의 2차코일에 대한 자성 시트의 배치를 나타내는 도면이다.
이하에 도면을 사용하여, 본 실시예에 관한 무접점 급전기구를 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 있어서의 무접점 급전기구의 개략도이다. 도면에 나타내는 바와 같이, 무접점 급전기구는, 전기기기(도시하지 않음)에 전력을 공급하는 수전 장치(B)와, 수전 장치(B)에 전력을 공급하는 급전 장치(A)로 구성되어 있다. 급전 장치(A)는, 전자유도에 의해, 수전 장치(B)에 전력을 공급한다. 급전 장치(A)는, 예를 들면, 상용(商用) 전력에 접속된 충전기 등의 전력공급기기에 내장된다. 한편, 수전 장치(B)는, 휴대전화, 휴대단말, 전동치솔 등의 전기기기에 내장된다.
[급전 장치]
급전 장치(A)는, 1차코일(1)과, 상용 전원 등으로부터의 전력에 의해서 1차 코일(1)을 구동하는 급전회로(2)를 구비하고 있다. 또, 1차코일(1)은, 페라이트 등의 자성 재료로 이루어지는 1차코어(11)와, 도전성 재료로 이루어져, 1차코어(11)에 감긴 권선(12)을 구비하고 있다. 급전회로(2)의 구성은 주지되어 있는 것이므로, 설명은 생략한다.
본 실시형태에 있어서의 1차코어(11)는, 베이스부(11a)와, 한쌍의 연장부(11b)와, 한쌍의 대향부(11c)를 가지고 있다. 한쌍의 연장부(11b)는, 베이스부(11a)의 양쪽 단부의 각각으로부터 뻗어나와 있다. 또, 대향부(11c)는, 각각의 연장부(11b)의 단부로부터 서로 대략 대향하도록 뻗어 나와 있다. 한쌍의 대향부(11c)의 단부면(11d)의 사이에는 공간(S)이 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 한쌍의 단부면(11d)은 서로 평행으로 또한 대향되도록 구성되어 있다.
도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 베이스부(11a), 연장부(11b), 대향부(11c)는 모두 원호형상이며, 서로 매끄럽게 접속되어 있다. 이러한 1차코어(11)는, 트로이달 코어의 일부를 절단함으로써 제조할 수 있다. 또한, 한쌍의 단부면(11d)끼리를 평행으로 또한 대향되도록 하기 위해서는, 절단 중심의 전, 후가 균등하게 되고, 절단면이 평행을 이루도록, 절단하면 된다. 이와 같이, 트로이달 코어의 일부를 절단함으로써 1차코어(11)를 형성하게 되면, 염가로 1차코어(11)를 제조할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 한쌍의 대향부(11c)는 서로 대향하도록 구성되어 있으나, 보다 구체적으로는, 서로의 축심이 평행을 이루도록 구성되어 있다. 또한, 여기서의 평행이란, 엄밀한 평행뿐만 아니라, 서로의 축심이 미소각도 δ로 교차하는 경우도 포함되어 있다.
도 2는, 1차코어(11)의 대향부(11c) 부근의 확대도이다. 위에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서의 대향부(11c)는 원호형상이기 때문에, 축심도 원호형상이 된다. 그러나, 대향부(11c)를 미소영역으로 분할하고, 각 미소 영역에서의 축심 방향은 각 미소 영역에서의 접선 방향에서 근사할 수 있다. 예를 들면, 단부면(11d)에서의 축심 방향은, 단부면(11d)에서의 대향부(11c)의 접선 방향이 된다. 도 2에서는, 단부면(11d)의 접선 방향을 대향부(11c)의 축심 방향으로서 표시하고 있다. 도 면에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 1차코어(11)에서는, 한쌍의 대향부(11c)의 각각의 축심 x1, x2는 미소각도 δ로 교차하고 있다. 이러한 경우에 있어서, 한쌍의 대향부(11c)의 축심은 평행으로 간주한다.
[수전 장치]
도 3에 나타낸 바와 같이, 수전 장치(B)는, 1차코일(1)에 의해서 발생된 자속에 의거하여 기전력을 발생시키는 2차코일(3)을 구비하고 있다. 2차코일(3)은 수전회로(도시하지 않음)에 접속되고, 2차코일(3)의 기전력은 수전 회로에 의해서 전력으로 변환된다.
2차코일(3)은, 페라이트 등의 자성 재료로 이루어진 2차코어(31)와, 도전성 재료로 이루어져, 2차코어(31)에 감긴 권선(32)을 구비하고 있다.
2차코어(31)의 단부면(31a)에는 자성 시트(4)가 구비되어 있다. 도면에 나타내는 바와 같이, 자성 시트(4)는 2차코어(31)의 단부면(31a)과 밀접한 밀접부(41)와, 밀접부(41)로부터 2차코어(31)의 직경 바깥방향으로 뻗어 형성된 굴곡부(42)를 구비하고 있다. 또한, 본 발명에 있어서의 밀접이란, 완전히 밀착 배치된 상태뿐만 아니라, 약간의 틈(예를 들면, 0.5mm 이하)을 가지도록 배치된 상태까지도 포함하고 있다. 또, 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 굴곡부(42)의 측단면형상은 원호형상으로 되어 있다.
무접점 급전기구에 있어서, 급전 효율을 높이기 위해서는, 2차코어(31)를 관통하는 자속을 증대시킬 필요가 있다. 그러므로, 종래의 자성 시트(4)를 구비하지 않은 2차코일(3)이나, 밀접부(41) 만을 가진 자성 시트(4)를 구비한 2차코일(3)을 이용한 경우에는, 2차코어(31)의 축심방향과 1차코어(11)의 대향부(11c)의 축심방향(자속방향)이 평행인 경우에 급전효율이 최대가 되고, 이들의 관계가 평행이 되지 않으면, 급격하게 급전효율이 저하된다. 즉, 2차코어(31)의 축심방향이, 1차코어(11)의 대향부(11c)의 축심방향에 대해서 회전하면, 급전 효율이 급격히 저하된다 또한, 이하의 설명에서의 회전각이란, 2차코어(31)의 축심방향의, 1차코어(11)의 대향부(11c)의 축심방향에 대한 회전각을 의미하며, 회전각이 0°라고 함은, 2차코어(31)의 축심방향과 1차코어(11)의 대향부(11c)의 축심방향이 평행인 상태를 의미한다.
한편, 본 발명의 무접점 급전기구에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 종래의 2차코일과 마찬가지로, 2차코일(3)의 2차코어(31)의 축심방향과, 1차코어(11)의 대향부(11c)의 축심방향이 평행인 경우에, 급전 효율을 최대로 할 수 있다. 또한 도 5, 도 6에 나타내는 바와 같이, 2차코일(3)의 2차코어(31)에 축심방향이, 1차코어(11)의 대향부(11c)의 축심방향에 대해서 회전하여도, 자속이 자성 시트(4)의 굴곡부(42)로 입사한다. 굴곡부(42)에 입사한 자속은, 굴곡부(42)로부터 밀접부(41), 2차코어(31)로 흐르게 되며, 다른 한쪽의 2차코어(31)에 밀접되어 있는 자성 시트(4)로 흐른다. 또한 자성 시트(4)가 효율적으로 자속을 받기 위해서는, 자속이 자성 시트(4)에 대해서 직교 입사하는 것이 바람직하지만, 본 실시형태의 굴곡부(42)는 측단면형상이 원호형상으로 되어 있기 때문에, 적어도, 부분적으로는, 자속은 자성 시트(4)에 대해서 직교 입사한다. 따라서, 본 실시형태의 자성 시트(4)를 이용함으로써, 2차코어(31)의 축심방향이 1차코어(11) 대향부(11c)의 축심방향에 대해서 회전하여도, 급전 효율의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 급전 효율의 저하를 억제할 수 있는 회전각의 범위는, 굴곡부(42)의 중심각의 크기에 의존한다. 예를 들면, 굴곡부(42)의 중심각이 90°이면, 2차코어(31)의 축심방향이, 1차코어(11)의 대향부(11c)의 축심방향에 대해서 0°에서 90°의 범위로 회전하여도, 종래의 2차코일과 같은 현저한 급전효율의 저하는 발생되지 않는다,
이와 같이, 본 발명에서는, 밀접부(41)와 굴곡부(42)로 구성되는 자성 시트(4)를 2차코일(3)의 2차코어(31)의 단부면(31a)과 밀접하게 함으로써, 급전효율의 저하를 억제하면서, 1차코일(1)에 대한 2차코일(3)의 배치 자유도를 높일 수 있다.
도 7, 도 8에 다른 구성의 자성 시트(4)를 구비한 2차코일(3)을 나타낸다. 도 7, 도 8의 자성 시트(4)는, 밀접부(41) 및 굴곡부(42)는 모두 평면으로 구성되어 있지만, 밀접부(41)의 법선과 굴곡부(42)의 법선과는 평행하게 되어 있지 않다. 즉, 굴곡부(42)는 밀접부(41)에 대해서 굴곡 형성되어 있다. 또한, 밀접부(41)와 굴곡부(42)가 이루는 각을 굴곡각이라고 호칭한다. 즉, 도 7의 자성 시트(4)의 굴곡각은 둔각이며, 도 8의 자성 시트(4)의 굴곡각은 직각이다.
이와 같은 구성의 자성 시트(4)를 이용한 경우에는, 급전 효율은, 회전각=180°-굴곡각일 때 최대가 되고, 회전각이 180°-굴곡각으로부터 변위됨에 따라 저하한다. 그러나, 2차코어(31)의 축심방향이 1차코어(11)의 대향각(11c)의 축심방향에 대해서 회전하였을 때의 급전 효율은, 종래의 2차코일(3)을 이용한 경우보다도, 이러한 구성의 자성 시트(4)를 이용한 2차코일(3) 쪽의 것이 높아진다. 즉, 이들과 같은 구성의 자성 시트(4)를 구비한 2차코일(3)을 이용하면, 2차코어(31)의 축심방향이 1차코어(11)의 대향부(11c)의 축심방향에 대해서 회전하여도, 종래의 2차코일(3)에 비하여, 급전 효율의 저하를 억제할 수 있다.
[다른 실시형태]
위에 설명한 실시형태에서는, 1차코어(11)가 한쌍의 대향부(11c)를 가지고, 이들 사이에 형성되는 공간에 2차코일(3)이 배치되는 구성이었으나, 1차코어(11)를 2차코어(31)와 같이 봉형상으로 형성하고, 1차코일(1)과 2차코일(3)을 대향배치하는 구성이어도 무방하다. 이때, 2차코어(31)의 적어도 한쪽의 단부면(31a)에 자성 시트(4)를 설치하면, 위에서 설명한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명은, 휴대전화, 휴대단말, 전동치솔, 무선 헤드셋트 등의 소형 전기기기의 무접점 급전기구에 이용할 수 있다.
A: 급전 장치
B: 수전 장치
1: 1차코일
11: 1차코어
11c: 대향부
12: 권선
3: 2차코일
31: 2차코어
31a: 단부면
32: 권선
4: 자성 시트
41: 밀접부
42: 굴곡부

Claims (4)

  1. 전기기기에 전력을 공급하는 수전 장치와,
    상기 수전 장치에 전력을 공급하는 급전 장치를 구비하며,
    상기 급전 장치는, 1차코일을 구비하고,
    상기 수전 장치는, 2차코일을 구비하며,
    상기 1차코일은,
    자성 재료로 이루어지는 1차코어와,
    도전성 재료로 이루어져, 상기 1차코어에 감긴 권선을 구비하고,
    상기 2차코일은,
    자성 재료로 이루어지는 봉형상의 2차코어와,
    도전성 재료로 이루어져, 상기 2차코어에 감긴 권선과
    상기 2차코어의 적어도 한쪽의 단부면에 장착된 자성 시트를 구비하며,
    상기 자성 시트는,
    상기 2차코어의 상기 단부면과 밀접한 밀접부와,
    상기 밀접부로부터 상기 2차코어의 직경 바깥방향으로 뻗으며, 적어도 부분적으로 상기 2차코어의 축심방향에 평행이 아닌 법선을 가진 굴곡부를 구비한 무접점 급전기구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차코어는, 서로의 축심이 평행을 이루며, 서로의 사이에 공간이 형성되도록 구성된 한쌍의 대향부를 구비하고,
    상기 2차코일은, 급전 상태에 있어서, 상기 한쌍의 대향부 사이에 배치되며,
    상기 자성 시트는, 상기 2차코어의 양쪽 단부면에 배치되어 있는 무접점 급전기구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 굴곡부는, 측단면형상이 원호형상인 무접점 급전기구.
  4. 급전 장치에 설치된 1차코일로부터의 자속을 받아서 기전력을 발생시키는 무접점 급전기구용 2차코일로서,
    자성 재료로 이루어지는 봉형상의 2차코어와,
    도전성 재료로 이루어져, 상기 2차코어에 감긴 권선과
    상기 2차코어의 적어도 한쪽의 단부면에 장착된 자성 시트를 구비하며,
    상기 자성 시트는,
    상기 2차코어의 상기 단부면과 밀접한 밀접부와,
    상기 밀접부로부터 상기 2차코어의 직경 바깥방향으로 뻗으며, 적어도 부분적으로 상기 2차코어의 축심방향에 평행이 아닌 법선을 가진 굴곡부를 구비한 무접점 급전기구용 2차코일.
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