KR102291717B1 - Wireless power transmitter and wireless power receiver - Google Patents

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KR102291717B1
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박세호
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는, 무선 전력 수신기에 충전 전력을 제공하는 공진기와; 상기 공진기와 기설정된 간격으로 배치된 금속층을 포함하고, 상기 공진기의 선폭은 상기 공진기와 상기 금속층 사이의 상기 기설정된 간격보다 작다.A wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention includes a resonator that provides charging power to a wireless power receiver; and a metal layer disposed at a predetermined interval from the resonator, wherein a line width of the resonator is smaller than the predetermined interval between the resonator and the metal layer.

Description

무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기{WIRELESS POWER TRANSMITTER AND WIRELESS POWER RECEIVER}WIRELESS POWER TRANSMITTER AND WIRELESS POWER RECEIVER

본 발명은 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmitter and a wireless power receiver.

휴대폰 또는 PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 이동 단말기는 그 특성상 재충전이 가능한 배터리로 구동되며, 이동 단말기의 사용자는 이러한 배터리를 충전하기 위해서 별도의 충전 장치를 이용하여 이동 단말기의 배터리에 전기 에너지를 공급한다. 통상적으로 충전 장치와 배터리는 접촉 단자들을 각각 구비하며, 사용자는 접촉 단자들을 서로 접촉시켜서 충전 장치와 배터리를 전기적으로 연결한다. Mobile terminals such as cell phones or personal digital assistants (PDAs) are powered by rechargeable batteries due to their characteristics, and the user of the mobile terminal supplies electric energy to the battery of the mobile terminal by using a separate charging device to charge the battery. do. Typically, the charging device and the battery each have contact terminals, and a user electrically connects the charging device and the battery by contacting the contact terminals with each other.

하지만, 이와 같은 접촉식 충전 방식은 접촉 단자가 외부에 노출되어 있으므로, 각 접촉 단자는 이물질에 의한 오염이 쉽고, 이러한 이유로 배터리 충전이 올바르게 수행되지 않을 수 있다. 또한 접촉 단자가 습기에 노출되는 경우에도 충전이 올바르게 수행되지 않는다. However, in such a contact-type charging method, since the contact terminals are exposed to the outside, each contact terminal is easily contaminated by foreign substances, and for this reason, battery charging may not be performed correctly. Also, charging will not be performed correctly if the contact terminals are exposed to moisture.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 무선 충전 또는 무접점 충전 기술이 개발되어 최근 많은 전자 기기에 활용되고 있다. In order to solve this problem, wireless charging or contactless charging technology has been developed in recent years and is being used in many electronic devices.

이러한 무선 충전 기술에서는 전력을 무선으로 송신 및/또는 수신하며, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터에 연결하지 않고, 단지 충전 패드에 올려 놓기만 하면 자동으로 배터리가 충전될 수 있도록 하는 시스템을 제공한다. 이러한 무선 충전 시스템은 무선 전동 칫솔이나 무선 전기 면도기 등으로 일반인들에게 알려져 있다. 이러한 무선 충전 기술은 전자 제품을 무선으로 충전함으로써 방수 기능을 제공할 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않으므로 전자 기기의 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있으며, 다가오는 전기차 시대에도 관련 기술이 크게 발전할 것으로 전망된다. These wireless charging technologies provide a system that transmits and/or receives power wirelessly and allows, for example, to automatically charge the battery by simply placing it on a charging pad, without connecting the phone to a separate charging connector. do. Such a wireless charging system is known to the general public as a wireless electric toothbrush or a wireless electric shaver. This wireless charging technology can provide a waterproof function by charging electronic products wirelessly, and it does not require a wired charger, so it has the advantage of increasing the portability of electronic devices. It is expected.

이러한 무선 충전 기술에는 크게 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 공진(Resonance)을 이용하는 공진 방식과, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/microwave Radiation) 방식이 있다. These wireless charging technologies largely include an electromagnetic induction method using a coil, a resonance method using resonance, and a RF/microwave radiation method that converts electrical energy into microwaves and transmits them.

현재까지는 전자기 유도를 이용한 방식이 주류를 이루고 있으나, 최근 국내외에서 마이크로파를 이용하여 수십 미터 거리에서 무선으로 전력을 전송하는 실험에 성공하고 있어, 가까운 미래에는 언제 어디서나 전선 없이 모든 전자 제품을 무선으로 충전하는 세상이 열릴 것으로 보인다. Until now, the method using electromagnetic induction has been the mainstream, but recently, at home and abroad, using microwaves to transmit power wirelessly at a distance of several tens of meters has been successful, and in the near future, all electronic products can be wirelessly charged without wires anytime, anywhere. The world seems to open up.

전자기 유도에 의한 전력 전송 방법은 1차 코일과 2차 코일 간에 전력을 전송하는 방식이다. 코일 근처에서 자석을 움직이면 코일에 유도 전류가 발생하는데, 이를 이용하여 송신단에서 자기장을 발생시키고 수신단에서 자기장의 변화에 따라 전류가 유도되어 에너지를 만들어 낸다. 이러한 현상을 자기 유도 현상이라고 일컬으며 이를 이용한 전력 전송 방법은 에너지 전송 효율이 뛰어나다. A method of transmitting power by electromagnetic induction is a method of transmitting power between a primary coil and a secondary coil. When a magnet is moved near the coil, an induced current is generated in the coil, which is used to generate a magnetic field at the transmitting end and current is induced according to the change in the magnetic field at the receiving end to create energy. This phenomenon is called magnetic induction, and the power transmission method using it has excellent energy transmission efficiency.

공진 방식은, 2005년 MIT의 마린 솔라치치(Marin Soljacic) 교수팀이 결합 모드 원리(Coupled Mode Theory)라고 칭하는 공진 방식 전력 전송 원리를 사용하여 충전 장치와 몇 미터(m)나 떨어져 있어도 전기가 무선으로 전달되는 시스템을 발표했다. MIT 마린 솔라치치 교수팀의 무선 충전 시스템은 소리 굽쇠를 울리면 옆에 있는 와인 잔도 그와 같은 진동수로 울리는 공진(resonance)이란 물리학 개념을 이용한 것이다. MIT 마린 솔라치치 교수팀은 소리를 공진시키는 대신, 전기 에너지를 담은 전자기파를 공진시켰다. 공진된 전기 에너지는 공진 주파수를 가진 기기가 존재할 경우에만 직접 전달되고 사용되지 않는 부분은 공기 중으로 퍼지는 대신 전자기장(즉, 전자기파)으로 재흡수되기 때문에 다른 전자파와는 달리 주변의 기기나 신체에는 영향을 미치지 않을 것으로 보고 있다. The resonant method uses a resonant power transmission principle called the Coupled Mode Theory by MIT Professor Marin Soljacic's team in 2005, so that electricity is wireless even if it is several meters away from the charging device. presented a system for delivery. The wireless charging system of MIT Professor Marine Solacic's team uses the physics concept of resonance, which makes the wine glass next to it vibrate at the same frequency when the tuning fork is sounded. Instead of resonating sound, MIT Professor Marine Solacic's team resonated electromagnetic waves containing electrical energy. Unlike other electromagnetic waves, because the resonant electrical energy is directly transmitted only when a device with a resonant frequency exists, and the unused portion is reabsorbed into an electromagnetic field (ie, electromagnetic wave) instead of spreading into the air, it does not affect nearby devices or body. I don't think it will reach.

종래의 무선 전력 송신기 또는 무선 전력 수신기는 그 주위에 금속 물질이 위치한 경우, 금속 물질의 접지 효과에 의해 무선 전력 송신기 또는 무선 전력 수신기 내에 포함된 공진기의 고주파 특성이 변화하거나, 공진기가 특정 주파수에서 전력을 전송하거나 수신하는 기능 또는 특성 자체를 잃어버리는 현상이 발생할 수 있다.In a conventional wireless power transmitter or wireless power receiver, when a metal material is located around it, the high-frequency characteristics of a resonator included in the wireless power transmitter or wireless power receiver may change due to the grounding effect of the metal material, or the resonator may lose power at a specific frequency. A phenomenon may occur in which the function or characteristic of transmitting or receiving is lost.

이러한 문제를 해결하기 위하여 전자기 차폐재를 이용할 수도 있으나, 이러한 경우에 제품 단가가 상승하며, 차폐재의 고주파 특성에 의하여 공진기의 효율 저하 및 공진 주파수 변화 등의 문제점이 발생할 수 있다.In order to solve this problem, an electromagnetic shielding material may be used, but in this case, the product cost increases, and problems such as a decrease in the efficiency of the resonator and a change in the resonance frequency may occur due to the high frequency characteristics of the shielding material.

본 발명의 적어도 일 실시 예는 종래 기술과 관련된 문제점들 및/또는 단점들 중의 적어도 하나를 적어도 부분적으로 해결, 경감 또는 제거한다.At least one embodiment of the present invention at least partially solves, alleviates or obviates at least one of the problems and/or disadvantages associated with the prior art.

본 발명의 적어도 일 실시 예는 전자기 차폐재의 사용을 최소화하거나 사용하지 않으면서도 주변 금속 물질에 의한 특성 변화를 방지할 수 있는 무선 전력 송신기 및/또는 무선 전력 수신기를 제공한다. At least one embodiment of the present invention provides a wireless power transmitter and/or a wireless power receiver capable of preventing a characteristic change due to a surrounding metallic material while minimizing or not using an electromagnetic shielding material.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는, 무선 전력 수신기에 충전 전력을 제공하는 공진기와; 상기 공진기와 기설정된 간격으로 배치된 금속층을 포함하고, 상기 공진기의 선폭은 상기 공진기와 상기 금속층 사이의 상기 기설정된 간격보다 작다. A wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention includes a resonator that provides charging power to a wireless power receiver; and a metal layer disposed at a predetermined interval from the resonator, wherein a line width of the resonator is smaller than the predetermined interval between the resonator and the metal layer.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는, 무선 전력 송신기로부터 충전 전력을 수신하는 공진기와; 상기 공진기와 기설정된 간격으로 배치된 금속층을 포함하고, 상기 공진기의 선폭은 상기 공진기와 상기 금속층 사이의 상기 기설정된 간격보다 작다.A wireless power receiver according to an embodiment of the present invention includes: a resonator for receiving charging power from a wireless power transmitter; and a metal layer disposed at a predetermined interval from the resonator, wherein a line width of the resonator is smaller than the predetermined interval between the resonator and the metal layer.

본 발명의 적어도 일 실시 예에 따라, 전자기 차폐재의 사용을 최소화하거나 사용하지 않으면서도 주변 금속 물질에 의한 특성 변화(예를 들어, 전력 전송 효율의 변화, 전자기장 변화 등)를 방지할 수 있는 무선 전력 송신기 및/또는 무선 전력 수신기가 제공된다. According to at least one embodiment of the present invention, wireless power capable of preventing a characteristic change (eg, a change in power transmission efficiency, an electromagnetic field change, etc.) due to a surrounding metallic material without using or minimizing the use of an electromagnetic shielding material. A transmitter and/or a wireless power receiver are provided.

본 발명의 적어도 일 실시 예에 따라, 전자기 차폐재의 사용을 최소화하거나 사용하지 않으므로 제품 단가를 최소화한 무선 전력 송신기 및/또는 무선 전력 수신기가 제공된다.According to at least one embodiment of the present invention, there is provided a wireless power transmitter and/or a wireless power receiver that minimizes product cost by minimizing or not using an electromagnetic shielding material.

도 1은 무선 충전 시스템을 예시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기를 예시한다.
도 3은 비교 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조를 나타낸다.
도 4는 금속 물질이 공진기의 특징에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조를 나타낸다.
도 6은 비교 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조에 대한 스미스 차트의 일 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조에 대한 스미스 차트의 일 예를 나타낸다.
도 8은 비교 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조에 대한 스미스 차트의 다른 예를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조에 대한 스미스 차트의 다른 예를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조를 나타낸다.1 illustrates a wireless charging system.
2 illustrates a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to a comparative example.
4 is a view for explaining the effect of a metal material on the characteristics of the resonator.
5 shows a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to an embodiment of the present invention.
6 shows an example of a Smith chart for a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to a comparative example.
7 shows an example of a Smith chart for a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to an embodiment of the present invention.
8 shows another example of a Smith chart for a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to a comparative example.
9 shows another example of a Smith chart for a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to an embodiment of the present invention.
10 illustrates a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to another embodiment of the present invention.
11 shows a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 한 항목을 포함한다.Terms including an ordinal number, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any one of a plurality of related listed items.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

도 1은 무선 충전 시스템을 예시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(100) 및 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)를 포함한다. 1 illustrates a wireless charging system. 1 , the wireless charging system includes a wireless power transmitter 100 and at least one wireless power receiver 110-1, 110-2, and 110-n.

무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)의 각각에 무선으로 전력(1-1, 1-2, 1-n)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)는 미리 설정된 인증 절차를 통해 인증된 무선 전력 수신기에 대해서만 무선으로 전력(1-1, 1-2, 1-n)을 송신할 수도 있다. The wireless power transmitter 100 may wirelessly transmit power 1-1, 1-2, and 1-n to each of the at least one wireless power receiver 110-1, 110-2, and 110-n. . The wireless power transmitter 100 may wirelessly transmit power 1-1, 1-2, and 1-n only to the wireless power receiver authenticated through a preset authentication procedure.

무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 무선 연결을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)로 전자기파를 통해 무선 전력을 송신할 수 있다. The wireless power transmitter 100 may establish a wireless connection with at least one wireless power receiver 110 - 1 , 110 - 2 , and 110 -n. For example, the wireless power transmitter 100 may wirelessly transmit power to the at least one wireless power receiver 110-1, 110-2, 110-n through electromagnetic waves.

적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 전력을 수신하여 내부에 구비된 배터리의 충전을 수행할 수 있다. 또한 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 무선 전력 전송의 요청, 무선 전력 수신에 필요한 정보, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)의 상태 정보 또는 무선 전력 송신기(100)를 제어하기 위한 정보(즉, 제어 정보) 등을 포함하는 메시지(2-1, 2-2, 2-n)를 무선 전력 송신기(100)로 송신할 수 있다. 이와 마찬가지로, 무선 전력 송신기(100)는 자신의 상태 정보, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)를 제어하기 위한 정보(즉, 제어 정보) 등을 포함하는 메시지를 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)로 송신할 수도 있다. At least one of the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n may receive wireless power from the wireless power transmitter 100 and charge a battery provided therein. In addition, the at least one wireless power receiver 110-1, 110-2, 110-n provides a request for wireless power transmission, information necessary for wireless power reception, and the wireless power receiver 110-1, 110-2, and 110-n. A message (2-1, 2-2, 2-n) including status information or information (ie, control information) for controlling the wireless power transmitter 100 may be transmitted to the wireless power transmitter 100 . have. Similarly, the wireless power transmitter 100 transmits a message including its state information, information (ie, control information) for controlling the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n (ie, control information), and the like. It may transmit to the receivers 110-1, 110-2, 110-n.

또한, 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)각각은 충전 상태를 나타내는 메시지를 무선 전력 송신기(100)로 송신할 수 있다. In addition, each of the at least one wireless power receiver 110 - 1 , 110 - 2 , and 110 - n may transmit a message indicating a charging state to the wireless power transmitter 100 .

무선 전력 송신기(100)는 디스플레이와 같은 표시부를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각으로부터 수신한 메시지에 기초하여 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각의 상태를 표시할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기(100)는 각각의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 함께 표시할 수도 있다. The wireless power transmitter 100 may include a display unit such as a display, and based on a message received from each of the at least one wireless power receiver 110-1, 110-2, 110-n, at least one wireless power receiver 110-1,110 -2,110-n) Each state can be displayed. In addition, the wireless power transmitter 100 may also display the estimated time until each of the wireless power receivers 110 - 1 , 110 - 2 , and 110 - n is fully charged.

무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각에 무선 충전 기능을 디스에이블(disabled)하도록 하는 제어 신호(또는 제어 메시지)를 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 충전 기능의 디스에이블 제어 신호를 수신한 무선 전력 수신기는 무선 충전 기능을 디스에이블할 수 있다. The wireless power transmitter 100 may transmit a control signal (or control message) for disabling the wireless charging function to each of the at least one wireless power receiver 110-1, 110-2, and 110-n. The wireless power receiver that receives the disable control signal of the wireless charging function from the wireless power transmitter 100 may disable the wireless charging function.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기를 예시한다.2 illustrates a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부(212), 통신부(213), 표시부(214) 및 저장부(215)를 포함할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부(252) 및 통신부(253)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 2 , the wireless power transmitter 200 may include a power transmitter 211 , a controller 212 , a communicator 213 , a display 214 , and a storage 215 . Also, the wireless power receiver 250 may include a power receiver 251 , a controller 252 , and a communicator 253 .

전력 송신부(211)는 무선 전력 송신기(200)가 요구하는 전력을 제공할 수 있으며, 무선으로 무선 전력 수신기(250)에 전력을 제공할 수 있다. 여기에서, 전력 송신부(211)는 교류 파형의 형태로 전력을 공급할 수 있으며, 직류 파형의 전력을 인버터를 이용하여 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 전력을 공급할 수도 있다. 전력 송신부(211)는 내장된 배터리의 형태로 구현될 수도 있으며, 또는 전력 수신 인터페이스의 형태로 구현되어 외부로부터 전력을 수신하여 다른 구성 요소에 공급하는 형태로도 구현될 수 있다. 전력 송신부(211)는 교류 파형의 전력을 제공할 수 있는 수단이라면 제한이 없다는 것은 당업자가 용이하게 이해할 것이다. The power transmitter 211 may provide power required by the wireless power transmitter 200 and wirelessly provide power to the wireless power receiver 250 . Here, the power transmitter 211 may supply power in the form of an AC waveform, and may supply AC waveform power by converting the DC waveform power into an AC waveform using an inverter. The power transmitter 211 may be implemented in the form of a built-in battery, or may be implemented in the form of a power receiving interface to receive power from the outside and supply it to other components. Those skilled in the art will readily understand that the power transmitter 211 is not limited as long as it is a means capable of providing power of an AC waveform.

제어부(212)는 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 저장부(215)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다. The controller 212 may control overall operations of the wireless power transmitter 200 . The controller 212 may control the overall operation of the wireless power transmitter 200 by using an algorithm, program, or application required for control read from the storage 215 . The control unit 212 may be implemented in the form of a CPU, a microprocessor, or a mini computer.

통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. The communication unit 213 may communicate with the wireless power receiver 250 in a predetermined manner.

통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)로부터 전력 정보를 수신할 수 있다. 여기에서 전력 정보는 무선 전력 수신기(250)의 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있다. 충전 기능 제어 신호는 특정 무선 전력 수신기(250)의 무선 전력 수신부(251)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다.The communication unit 213 may receive power information from the wireless power receiver 250 . Here, the power information may include at least one of a capacity of the wireless power receiver 250 , a battery remaining amount, the number of times of charging, a usage amount, a battery capacity, and a battery ratio. Also, the communication unit 213 may transmit a charging function control signal for controlling the charging function of the wireless power receiver 250 . The charging function control signal may be a control signal for controlling the wireless power receiver 251 of the specific wireless power receiver 250 to enable or disable the charging function.

통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)뿐만 아니라, 다른 무선 전력 송신기(미도시)로부터의 신호를 수신할 수도 있다. The communication unit 213 may receive a signal from the wireless power receiver 250 as well as another wireless power transmitter (not shown).

제어부(212)는 통신부(213)를 통해 무선 전력 수신기(250)로부터 수신한 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(250)의 상태를 표시부(214)에 표시할 수 있다. 또한, 제어부(212)는 무선 전력 수신기(250)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 표시부(214)에 표시할 수도 있다. The control unit 212 may display the state of the wireless power receiver 250 on the display unit 214 based on a message received from the wireless power receiver 250 through the communication unit 213 . Also, the controller 212 may display an estimated time until the wireless power receiver 250 is fully charged on the display 214 .

도 3은 비교 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조를 나타낸다. 3 illustrates a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to a comparative example.

전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조(300)는 공진기(301) 및 기구 또는 기판(303)을 포함한다. 공진기(301)는 일반적인 금속 물질로 이루어지고, 기구(303)는 절연 물질(또는 유전체)로 이루어진다.The resonant structure 300 of the power transmitter or power receiver includes a resonator 301 and a device or substrate 303 . The resonator 301 is made of a general metal material, and the device 303 is made of an insulating material (or dielectric).

전력 송신부(300)가 금속 물질 위에 놓이거나, 금속 물질이 공진기(301) 주위에 놓일 경우, 금속 물질의 접지 효과에 의해 공진기(301)의 고주파 특성이 변화하거나, 공진기(301)가 특정 주파수(즉, 미리 설정된 공진 주파수)에서 전력을 전송하는 기능 자체를 잃어버리는 현상이 발생할 수 있다.When the power transmitter 300 is placed on a metallic material or the metallic material is placed around the resonator 301, the high-frequency characteristics of the resonator 301 may change due to the grounding effect of the metallic material, or the resonator 301 may operate at a specific frequency ( That is, the function of transmitting power at a preset resonance frequency) may be lost.

도 4는 금속 물질이 공진기의 특징에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining the effect of a metal material on the characteristics of the resonator.

공진기(301)의 주위에 금속 물질(303)이 위치한 경우에, 공진기(301)의 임피던스가 급격하게 감소한다. 공진기(301) 및 금속 물질(303)은 d의 간격으로 이격된다. 공진기(301)는 미리 설정된 패턴을 갖는 도전성 라인 또는 라인들로 구성되며, 각 도전성 라인은 W의 선폭을 갖는다. 이때, 선폭은 도전성 라인의 길이 방향에 수직인 단면에서 도전성 라인의 금속 물질(303)의 표면에 평행한 축 상의 폭을 말한다. When the metal material 303 is positioned around the resonator 301 , the impedance of the resonator 301 is rapidly reduced. The resonator 301 and the metal material 303 are spaced apart at an interval of d. The resonator 301 is composed of a conductive line or lines having a preset pattern, and each conductive line has a line width of W. In this case, the line width refers to a width on an axis parallel to the surface of the metallic material 303 of the conductive line in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the conductive line.

W/d≤1 또는 W/d<1인 경우에는,하기 수학식 1에 의하여 공진기(301)의 임피던스 Z0가 결정된다. When W/d≤1 or W/d<1, the impedance Z 0 of the resonator 301 is determined by Equation 1 below.

Figure 112013097659217-pat00001
Figure 112013097659217-pat00001

수학식 1에서, ε0는 공기의 유전율을 나타낸다. In Equation 1, ε 0 represents the permittivity of air.

W/d<1의 경우는 공진기(301)를 이루는 도전성 라인의 선폭 W가 서로 대면하는 공진기(301)의 하면(바닥면)과 금속 물체의 상면(또는 접지면) 사이의 간격 d보다 작은 경우로서, 간격 d 및/또는 공진기(301)의 선폭 W의 변화에 따라서 공진기(301)의 임피던스 변화가 작다. 　공진기(301)의 임피던스가 일정한 범위 내의 값으로 유지되면 공진기(301)가 금속 물질(303) 위에 배치되더라도 공진기(301)의 특성이 계속적으로 유지될 수 있다. 즉, 공진기(301)가 금속 물질(303) 위에 배치되더라도, 공진기(301)의 고주파 특성, 또는 공진기(301)가 특정 주파수에서 전력을 전송하는 기능 또는 효율이 임계 범위(설계된 효율 ± 허용 오차(예를 들어, 설계된 효율의 0~5%, 5~10%, 10~15%, 15~20% 등)) 내에서 유지될 수 있다.In the case of W/d<1, when the line width W of the conductive line forming the resonator 301 is smaller than the distance d between the lower surface (bottom surface) of the resonator 301 facing each other and the upper surface (or ground surface) of the metal object As a result, the impedance change of the resonator 301 is small according to the change of the spacing d and/or the line width W of the resonator 301 . When the impedance of the resonator 301 is maintained within a predetermined range, the characteristics of the resonator 301 may be continuously maintained even if the resonator 301 is disposed on the metal material 303 . That is, even if the resonator 301 is disposed on the metal material 303, the high-frequency characteristics of the resonator 301, or the function or efficiency of the resonator 301 to transmit power at a specific frequency, is within a critical range (designed efficiency ± tolerance ( For example, 0-5%, 5-10%, 10-15%, 15-20%, etc.) of the designed efficiency).

W/d≥1 또는 W/d>1인 경우에는, 하기 수학식 2에 의하여 공진기(301)의 임피던스 Z0가 결정된다. When W/d≥1 or W/d>1, the impedance Z 0 of the resonator 301 is determined by Equation 2 below.

Figure 112013097659217-pat00002
Figure 112013097659217-pat00002

W/d≥1의 경우는 공진기(301)를 이루는 도전성 라인의 선폭 W가 서로 대면하는 공진기(301)의 하면(바닥면)과 금속 물체의 상면(또는 접지면) 사이의 간격 d보다 큰 경우로서, 간격 d가 감소하고 공진기(301)의 선폭 W가 증가하면 공진기(301)의 임피던스가 감소한다. 공진기(301)의 임피던스가 감소하면 공진기(301)의 인덕턴스 값도 감소하고, 이러한 인덕턴스 값의 감소는, 공진기(301)가 무선 전력 수신기의 공진기(즉, 수신용 공진기)와 결합(coupling)하여 전력을 전달하는 특성을 상실하게 만들 수 있다. In the case of W/d≥1, when the line width W of the conductive line forming the resonator 301 is greater than the distance d between the lower surface (bottom surface) of the resonator 301 facing each other and the upper surface (or ground surface) of the metal object As , when the spacing d decreases and the line width W of the resonator 301 increases, the impedance of the resonator 301 decreases. When the impedance of the resonator 301 decreases, the inductance value of the resonator 301 also decreases, and the decrease in the inductance value is caused by coupling the resonator 301 with the resonator of the wireless power receiver (that is, the resonator for reception). It may cause loss of power transmission characteristics.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조를 나타낸다. 5 shows a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to an embodiment of the present invention.

전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조(400)는 공진기(401), 기구 또는 기판(402) 및 금속층(403)을 포함한다. The resonant structure 400 of the power transmitter or power receiver includes a resonator 401 , a device or substrate 402 , and a metal layer 403 .

공진기(401)는 루프, 나선 등의 미리 설정된 패턴을 갖는 도전성 라인 또는 라인들로 구성되며, 각 도전성 라인은 W의 선폭을 갖는다. 이때, 선폭은 도전성 라인의 길이 방향에 수직인 단면에서 도전성 라인의 금속층(403)의 표면에 평행한 축 상의 폭을 말한다. 공진기(401)는 도전성 라인들이 그 길이 방향에 수직인 단면에서 도전성 라인의 금속층(403)의 표면에 평행한 축을 따라 일정하거나 일정하지 않은 간격들로 배치된 패턴을 가질 수 있다. 공진기(401)는 금, 은, 구리 등의 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있다. 공진기(401)는 기구(303)의 상면에 직접 적층될 수 있다. 공진기(401)의 선폭은 0보다 크고 4.0㎜ 이하일 수 있다. 동일 단면에서 도전성 라인들 간의 간격은 0보다 크고 4.0㎜ 이하일 수 있다.The resonator 401 is composed of a conductive line or lines having a preset pattern such as a loop, a spiral, or the like, and each conductive line has a line width of W. In this case, the line width refers to a width on an axis parallel to the surface of the metal layer 403 of the conductive line in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the conductive line. The resonator 401 may have a pattern in which the conductive lines are arranged at regular or non-constant intervals along an axis parallel to the surface of the metal layer 403 of the conductive lines in a cross section perpendicular to the longitudinal direction thereof. The resonator 401 may be made of a metal such as gold, silver, copper, or an alloy. The resonator 401 may be stacked directly on the top surface of the instrument 303 . The line width of the resonator 401 may be greater than 0 and less than or equal to 4.0 mm. The spacing between the conductive lines in the same cross section may be greater than 0 and less than or equal to 4.0 mm.

기구(303)의 상면에는 공진기(401)가 형성되어 있다. 기구(303)는 인쇄회로기판(printed circuit board: PCB)일 수 있으며, 기구(303)는 FR4(FR=Flame Retardant), 폴리올레핀계, PVC계, 폴리스틸렌계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리아미드계 등의 절연 물질(또는 유전체)로 이루어질 수 있다. 본 예와 다르게, 공진기(401) 및 금속층(403)의 사이에 공기층만이 존재하거나, 공진기(401) 및 금속층(403)의 사이에 절연층(또는 유전층) 및 공기층의 조합이 존재할 수 있다. 공진기(401)는 금속층(403)의 상면에 직접 적층될 수 있다.A resonator 401 is formed on the upper surface of the mechanism 303 . The device 303 may be a printed circuit board (PCB), and the device 303 is FR4 (FR=Flame Retardant), polyolefin-based, PVC-based, polystyrene-based, polyester-based, polyurethane-based, or polyamide-based. It may be made of an insulating material (or dielectric) such as a system. Unlike this example, only an air layer may exist between the resonator 401 and the metal layer 403 , or a combination of an insulating layer (or dielectric layer) and an air layer may exist between the resonator 401 and the metal layer 403 . The resonator 401 may be directly stacked on the upper surface of the metal layer 403 .

금속층(403)은 기구(303)의 하면 전체 또는 일부에 적층되며, 금속층(403)은 패턴이 없는 평판 형태를 가질 수 있다. 금속층(403)은 접지와 연결되거나 연결되지 않을 수 있다. 금속층(403)은 금, 은, 구리, 알루미늄, 철, 티타늄 등의 금속 또는 이러한 금속을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 금속층(403)은 20℃에서 2.38×106 S/m 이상의 전기 전도도(σ)를 가질 수 있고, 바람직하게는 20℃에서 3.5×107 S/m 이상의 전기 전도도(σ)를 가질 수 있다. 금속층(403)은 10-7 m 이상의 두께를 가질 수 있다.The metal layer 403 is laminated on all or part of the lower surface of the device 303 , and the metal layer 403 may have a flat plate shape without a pattern. The metal layer 403 may or may not be connected to the ground. The metal layer 403 may be made of a metal such as gold, silver, copper, aluminum, iron, or titanium, or an alloy containing these metals. The metal layer 403 may have an electrical conductivity (σ) of 2.38×10 6 S/m or more at 20°C, and preferably, an electrical conductivity (σ) of 3.5×10 7 S/m or more at 20°C. The metal layer 403 may have a thickness of 10 -7 m or more.

공진기(401) 및 금속층(403)의 간격 d는 0.1㎜~4.0㎜의 범위 내에 있을 수 있고, W/d<1이 조건이 만족된다. 이러한 조건에서, 공진기(401)의 임피던스 Z0는 상기 수학식 1에 의해 결정될 수 있다. 공진기(401)의 선폭 W는 간격 d보다 작다. The distance d between the resonator 401 and the metal layer 403 may be in the range of 0.1 mm to 4.0 mm, and the condition W/d<1 is satisfied. Under this condition, the impedance Z 0 of the resonator 401 may be determined by Equation 1 above. The line width W of the resonator 401 is smaller than the interval d.

본 발명의 실시 예에 의한 경우, 상기 수학식 1이 적용되어 공진기(401)의 임피던스 변동이 작다. 이에 따라, 차폐재의 사용이 최소화되거나 이용되지 않을 수 있다. In the case of the embodiment of the present invention, since Equation 1 is applied, the impedance variation of the resonator 401 is small. Accordingly, the use of the shielding material may be minimized or not used.

도 6은 비교 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조에 대한 스미스 차트의 일 예를 나타낸다. 스미스 차트에서 오른쪽부터 시작되는 원의 직경은 실수부를 의미하고, 오른쪽 끝에서 사방으로 퍼져 나가는 모양의 곡선은 허수부를 의미한다. 스미스 차트는 공진기의 반사 계수와 공진기의 임피던스의 관계를 나타낸다.6 shows an example of a Smith chart for a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to a comparative example. In the Smith chart, the diameter of the circle starting from the right means the real part, and the curve spreading out from the right end means the imaginary part. The Smith chart shows the relationship between the reflection coefficient of a resonator and the impedance of the resonator.

도 6의 (a)는 공진기의 주변에 금속 물질이 없는 경우에 S 파라미터들(Scattering Parameters) 중에서 입력 복소 반사 계수(input complex reflection coefficient) 또는 공진기의 임피던스를 나타내는 S11 파라미터의 궤적(510)을 나타낸다.6A shows a trajectory 510 of an input complex reflection coefficient or an S11 parameter representing the impedance of the resonator among S parameters (scattering parameters) when there is no metal material around the resonator. .

도 6의 (b)는 공진기의 주변에 금속 물질이 존재하는 경우에 S11 파라미터의 궤적(520)을 나타낸다.FIG. 6(b) shows a trajectory 520 of the S11 parameter when a metallic material exists around the resonator.

도시된 바와 같이, 공진기의 주변에 금속 물질이 존재함에 따라 S11 파라미터 궤적이 반시계 방향으로 회전(530)하여 이동된 것을 알 수 있으며, 이는 공진기의 인덕턴스 값이 급격히 감소하는 것을 나타낸다.As shown, it can be seen that the S11 parameter trajectory is rotated 530 in a counterclockwise direction and moved due to the presence of a metallic material around the resonator, indicating that the inductance value of the resonator is rapidly decreased.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조에 대한 스미스 차트의 일 예를 나타낸다.7 shows an example of a Smith chart for a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to an embodiment of the present invention.

도 7의 (a)는 공진기의 주변에 금속 물질이 없는 경우에 S11 파라미터의 궤적(540)을 나타낸다.7A shows the trajectory 540 of the S11 parameter when there is no metal material around the resonator.

도 7의 (b)는 공진기의 주변에 금속 물질이 존재하는 경우에 S11 파라미터의 궤적(550)을 나타낸다.7(b) shows the trajectory 550 of the S11 parameter when a metal material exists around the resonator.

도시된 바와 같이, 공진기의 주변에 금속 물질이 존재하여도 S11 파라미터 궤적의 이동이 없다는 것을 알 수 있으며, 이는 공진기의 임피던스 변화가 없다는 것을 나타낸다.As shown, it can be seen that there is no movement of the S11 parameter trajectory even in the presence of a metallic material around the resonator, indicating that there is no change in the impedance of the resonator.

도 8은 비교 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조에 대한 스미스 차트의 다른 예를 나타낸다. 8 shows another example of a Smith chart for a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to a comparative example.

도 8은 공진기의 주변에 금속 물질이 없는 경우에 S11 파라미터의 궤적(610)과, S 파라미터들 중에서 출력 복소 반사 계수(output complex reflection coefficient) 또는 공진기의 출력 임피던스를 나타내는 S22 파라미터의 궤적(620)을 나타낸다.8 is a trajectory 610 of the S11 parameter when there is no metallic material around the resonator, and the trajectory 620 of the S22 parameter indicating an output complex reflection coefficient or an output impedance of the resonator among the S parameters. indicates

본 예에서, 공진기의 주변에 금속 물질이 존재하는 경우에 S11 파라미터와 S22 파라미터의 측정이 불가능하였다. In this example, it was impossible to measure the S11 parameter and the S22 parameter when a metallic material was present around the resonator.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조에 대한 스미스 차트의 다른 예를 나타낸다.9 shows another example of a Smith chart for a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to an embodiment of the present invention.

도 9의 (a)는 공진기의 주변에 금속 물질이 없는 경우에 S11 파라미터 궤적(630) 및 S22 파라미터 궤적(640)을 나타낸다.9A shows an S11 parameter trajectory 630 and an S22 parameter trajectory 640 when there is no metal material around the resonator.

도 9의 (b)는 공진기의 주변에 금속 물질이 존재하는 경우에 S11 파라미터 궤적(650) 및 S22 파라미터 궤적(660)을 나타낸다.9B shows an S11 parameter trajectory 650 and an S22 parameter trajectory 660 when a metallic material exists around the resonator.

도시된 바와 같이, 공진기의 주변에 금속 물질이 존재하여도 S11 파라미터 궤적 및 S22 파라미터 궤적의 이동이 거의 없다는 것을 알 수 있으며, 이는 공진기의 임피던스 변화가 거의 없다는 것을 나타낸다. 또한, S 파라미터들 중에서 순방향 복소 전달 계수(forward complex transmission coefficient)를 나타내는 S21 파라미터의 차이(ΔS21)는 -0.03㏈로서 극히 작은 변화를 나타내었다.As shown, it can be seen that there is little movement of the S11 parameter trajectory and the S22 parameter trajectory even in the presence of a metallic material around the resonator, indicating that there is little change in the impedance of the resonator. In addition, the difference (ΔS 21 ) of the S21 parameter representing the forward complex transmission coefficient among the S parameters was -0.03 dB, indicating an extremely small change.

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조를 나타낸다. 본 실시 예의 공진 구조(700)는 도 5에 도시된 공진 구조(400)에서 금속층을 별도의 기판에 형성한 점에서만 차이가 있으므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 10 illustrates a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to another embodiment of the present invention. The resonance structure 700 of the present embodiment differs only in that the metal layer is formed on a separate substrate in the resonance structure 400 shown in FIG.

전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조(700)는 공진기(701), 기구(702), 보조 기판(704) 및 금속층(703)을 포함한다.The resonant structure 700 of the power transmitter or power receiver includes a resonator 701 , a device 702 , an auxiliary substrate 704 , and a metal layer 703 .

공진기(701)는 루프, 나선 등의 미리 설정된 패턴을 갖는 도전성 라인 또는 라인들로 구성되며, 각 도전성 라인은 W의 선폭을 갖는다.The resonator 701 is composed of a conductive line or lines having a preset pattern such as a loop, a spiral, or the like, and each conductive line has a line width of W.

기구(702)의 상면에는 공진기(701)가 형성되어 있다.A resonator 701 is formed on the upper surface of the mechanism 702 .

금속층(703)은 보조 기판(704)의 상면에 형성되며, 기구(702) 및 금속층(703)은 서로 이격되어 있다. 즉 기구(702) 및 금속층(703)의 사이에 공기층이 존재한다. 공진기(401) 및 금속층(403)의 간격 d는 10-7 m 이상, 바람직하게는 0.1㎜~4.0㎜의 범위 내에 있고, W/d<1이 조건이 만족된다.A metal layer 703 is formed on the upper surface of the auxiliary substrate 704 , and the mechanism 702 and the metal layer 703 are spaced apart from each other. That is, an air layer exists between the instrument 702 and the metal layer 703 . The distance d between the resonator 401 and the metal layer 403 is 10 -7 m or more, preferably in the range of 0.1 mm to 4.0 mm, and W/d<1 is satisfied.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조를 나타낸다. 본 실시 예의 공진 구조(800)는 도 5에 도시된 공진 구조(400)에서 금속층을 별도의 기판에 형성하고 전체적인 배치를 달리한 점에서만 차이가 있으므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 11 shows a resonance structure of a power transmitter or a power receiver according to another embodiment of the present invention. The resonance structure 800 of this embodiment differs only in that the metal layer is formed on a separate substrate and the overall arrangement is different from the resonance structure 400 shown in FIG. 5 , so the overlapping description will be omitted.

전력 송신부 또는 전력 수신부의 공진 구조(800)는 공진기(801), 기구(802), 보조 기판(804) 및 금속층(803)을 포함한다.The resonant structure 800 of the power transmitter or power receiver includes a resonator 801 , a device 802 , an auxiliary substrate 804 , and a metal layer 803 .

공진기(801)는 루프, 나선 등의 미리 설정된 패턴을 갖는 도전성 라인 또는 라인들로 구성되며, 각 도전성 라인은 W의 선폭을 갖는다.The resonator 801 is composed of a conductive line or lines having a preset pattern such as a loop, a spiral, or the like, and each conductive line has a line width of W.

기구(802)의 상면에는 공진기(801)가 형성되어 있다.A resonator 801 is formed on the upper surface of the instrument 802 .

금속층(803)은 보조 기판(804)의 하면에 형성되며, 공진기(801) 및 금속층(803)은 서로 이격되어 있다. 즉 공진기(801) 및 금속층(803)의 사이에 공기층이 존재한다. 공진기(801) 및 금속층(803)의 간격 d는 10-7 m 이상, 바람직하게는 0.1㎜~4.0㎜의 범위 내에 있고, W/d<1이 조건이 만족된다. The metal layer 803 is formed on the lower surface of the auxiliary substrate 804 , and the resonator 801 and the metal layer 803 are spaced apart from each other. That is, an air layer exists between the resonator 801 and the metal layer 803 . The distance d between the resonator 801 and the metal layer 803 is 10 -7 m or more, preferably in the range of 0.1 mm to 4.0 mm, and W/d<1 is satisfied.

전술한 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시 예에 따른 공진 구조를 갖는 무선 전력 송신기 및/또는 무선 전력 수신기는 금속층과 일정 간격을 두고 특정 임피던스에 매칭된 높은 인덕턴스의 공진기를 포함하므로, 금속판 등과 같은 금속 물질이 주변에 있어도 금속 물질에 의한 임피던스 변화가 없어 공진기의 전력 전달 특성이 유지된다. 이러한 공진기는 높은 인덕턴스 값을 가지며, 특정 주파수에서 공진할 수 있도록 조정될 수 있다. 공진기의 특성 조정함에 있어서 공진기에 연결된 캐패시터 등의 소자를 이용할 수 있다. 예를 들어, 공진기에 연결된 캐패시터의 캐패시턴스 값 조절, 기타 다른 임피던스 조절 소자들의 특성 값들을 조절 등을 통해 무선 충전 시스템에서 요구되는 공진기의 임피던스를 설정하거나 시스템 요구에 부합하도록 공진기의 임피던스를 최적화할 수 있다.As described above, the wireless power transmitter and/or the wireless power receiver having a resonant structure according to at least one embodiment of the present invention includes a high inductance resonator matched to a specific impedance at a predetermined distance from the metal layer, Even when a metallic material is in the vicinity, there is no impedance change due to the metallic material, so that the power transfer characteristic of the resonator is maintained. Such a resonator has a high inductance value and can be tuned to resonate at a specific frequency. In adjusting the characteristics of the resonator, an element such as a capacitor connected to the resonator may be used. For example, you can set the impedance of the resonator required in the wireless charging system by adjusting the capacitance value of the capacitor connected to the resonator or adjusting the characteristic values of other impedance control elements, or optimize the impedance of the resonator to meet the system requirements. have.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 누구든지 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described, but anyone with ordinary skill in the art to which the present invention pertains can implement preferred embodiments of the present invention within the scope not departing from the technical spirit and scope of the present invention. Of course, the examples can be changed in various ways. Accordingly, various modifications may be made to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the appended claims, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospects of the present invention.

200: 무선 전력 송신기, 211: 전력 송신부, 212: 제어부, 213: 통신부, 214: 표시부, 215: 저장부, 250; 무선 전력 수신기, 251: 전력 수신부, 252: 제어부, 253: 통신부200: wireless power transmitter, 211: power transmitter, 212: control unit, 213: communication unit, 214: display unit, 215: storage unit, 250; Wireless power receiver, 251: power receiver, 252: control unit, 253: communication unit

Claims (16)

무선 전력 송신기에 있어서,
무선 전력 수신기에 전력을 제공하도록 설정된 도전성 라인들을 포함하는 공진기와;
상측면이 상기 공진기로부터 상기 도전성 라인들의 선폭보다 큰 기설정된 간격에 배치된 금속층을 포함하고,
상기 무선 전력 송신기는, 상기 도전성 라인들의 선폭 및 상기 기설정된 간격에 기반하여 결정된 상기 공진기의 임피던스에 대하여 임피던스 매칭을 수행하도록 설정되고,
상기 무선 전력 송신기의 외부에 위치하는 금속 물질에 기반한 상기 공진기의 임피던스의 변화는, 상기 기설정된 간격에 배치된 금속층에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는, 무선 전력 송신기.A wireless power transmitter comprising:
a resonator comprising conductive lines configured to provide power to a wireless power receiver;
and a metal layer having an upper surface disposed at a predetermined interval greater than a line width of the conductive lines from the resonator,
The wireless power transmitter is configured to perform impedance matching with respect to the impedance of the resonator determined based on the line width of the conductive lines and the preset interval,
The change in impedance of the resonator based on a metallic material positioned outside the wireless power transmitter is characterized in that limited by the metal layer disposed at the predetermined interval, the wireless power transmitter. 제1항에 있어서,
상기 도전성 라인들의 선폭은 0보다 크고 4.0㎜ 이하이며,
상기 도전성 라인들 간의 간격은 0보다 크고 4.0㎜ 이하인, 무선 전력 송신기.According to claim 1,
The line width of the conductive lines is greater than 0 and less than 4.0 mm,
The distance between the conductive lines is greater than 0 and less than or equal to 4.0 mm, a wireless power transmitter. 제1항에 있어서,
상기 공진기가 상면에 형성된 기구를 더 포함하며,
상기 기구는 유전체로 이루어진, 무선 전력 송신기.According to claim 1,
The resonator further comprises a mechanism formed on the upper surface,
wherein the device is made of a dielectric. 제1항에 있어서,
상기 공진기 및 상기 금속층의 사이에 공기층이 위치한, 무선 전력 송신기.According to claim 1,
An air layer is located between the resonator and the metal layer, a wireless power transmitter. 제1항에 있어서,
상기 금속층은 금, 은, 구리, 알루미늄, 철, 티타늄, 또는 이들 중 어느 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 이루어진, 무선 전력 송신기.According to claim 1,
The metal layer is made of gold, silver, copper, aluminum, iron, titanium, or a metal or alloy containing any one of these, the wireless power transmitter. 제1항에 있어서,
상기 금속층은 20℃에서 2.38×106 S/m 이상의 전기 전도도를 갖는, 무선 전력 송신기.According to claim 1,
The metal layer has an electrical conductivity of 2.38×10 6 S/m or more at 20° C., a wireless power transmitter. 제6항에 있어서,
상기 금속층은 20℃에서 3.5×107 S/m 이상의 전기 전도도를 갖는, 무선 전력 송신기.7. The method of claim 6,
The metal layer has an electrical conductivity of 3.5×10 7 S/m or more at 20° C., a wireless power transmitter. 제1항에 있어서,
상기 공진기 및 상기 금속층의 상측면 간의 간격은 0.1㎜~4.0㎜의 범위 내에 있는, 무선 전력 송신기.According to claim 1,
The distance between the resonator and the upper side of the metal layer is in the range of 0.1 mm to 4.0 mm, a wireless power transmitter. 무선 전력 수신기에 있어서,
무선 전력 송신기로부터 전력을 수신하도록 설정된 도전성 라인들을 포함하는 공진기와;
상측면이 상기 공진기로부터 상기 도전성 라인들의 선폭보다 큰 기설정된 간격으로 배치된 금속층을 포함하고,
상기 무선 전력 수신기는, 상기 도전성 라인들의 선폭 및 상기 기설정된 간격에 기반하여 결정된 상기 공진기의 임피던스에 대하여 임피던스 매칭을 수행하도록 설정되고,
상기 무선 전력 수신기의 외부에 위치하는 금속 물질에 기반한 상기 공진기의 임피던스의 변화는, 상기 기설정된 간격에 배치된 금속층에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는, 무선 전력 수신기.A wireless power receiver comprising:
a resonator comprising conductive lines configured to receive power from a wireless power transmitter;
The upper side comprises a metal layer disposed at a predetermined interval greater than the line width of the conductive lines from the resonator,
The wireless power receiver is configured to perform impedance matching with respect to the impedance of the resonator determined based on the line width of the conductive lines and the predetermined interval,
The change in impedance of the resonator based on a metallic material positioned outside the wireless power receiver is characterized in that limited by the metal layer disposed at the predetermined interval. 제9항에 있어서,
상기 도전성 라인들의 선폭은 0보다 크고 4.0㎜ 이하이며,
상기 도전성 라인들 간의 간격은 0보다 크고 4.0㎜ 이하인, 무선 전력 수신기.10. The method of claim 9,
The line width of the conductive lines is greater than 0 and less than 4.0 mm,
The distance between the conductive lines is greater than 0 and less than or equal to 4.0 mm, the wireless power receiver. 제9항에 있어서,
상기 공진기가 상면에 형성된 기구를 더 포함하며,
상기 기구는 유전체로 이루어진, 무선 전력 수신기.10. The method of claim 9,
The resonator further comprises a mechanism formed on the upper surface,
wherein the device is made of a dielectric. 제9항에 있어서,
상기 공진기 및 상기 금속층의 사이에 공기층이 위치한, 무선 전력 수신기.10. The method of claim 9,
An air layer is located between the resonator and the metal layer, a wireless power receiver. 제9항에 있어서,
상기 금속층은 금, 은, 구리, 알루미늄, 철, 티타늄, 또는 이들 중 어느 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 이루어진, 무선 전력 수신기.10. The method of claim 9,
The metal layer is made of gold, silver, copper, aluminum, iron, titanium, or a metal or alloy containing any one of these, the wireless power receiver. 제9항에 있어서,
상기 금속층은 20℃에서 2.38×106 S/m 이상의 전기 전도도를 갖는, 무선 전력 수신기.10. The method of claim 9,
The metal layer has an electrical conductivity of 2.38×10 6 S/m or more at 20° C., a wireless power receiver. 제14항에 있어서,
상기 금속층은 20℃에서 3.5×107 S/m 이상의 전기 전도도를 갖는, 무선 전력 수신기.15. The method of claim 14,
The metal layer has an electrical conductivity of 3.5×10 7 S/m or more at 20° C., a wireless power receiver. 제9항에 있어서,
상기 공진기 및 상기 금속층의 상측면 간의 간격은 0.1㎜~4.0㎜의 범위 내에 있는, 무선 전력 수신기.10. The method of claim 9,
The distance between the resonator and the upper surface of the metal layer is in the range of 0.1 mm to 4.0 mm, the wireless power receiver.
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