KR102521855B1 - 무선 충전 패드 및 무선 충전 장치 - Google Patents

무선 충전 패드 및 무선 충전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부에 플랫 타입 커패시터를 구비한 공진 탱크를 포함함으로써, 무선 충전 패드의 범용화가 가능한 무선 충전 패드에 관한 것이다.

Description

무선 충전 패드 및 무선 충전 장치{Wireless charging pad and wireless charging apparatus}
본 발명은 무선 충전 패드 및 무선 충전 장치에 관한 것이다.
전자 기기에 대한 연구가 지속됨에 따라, 전자 기기에 전기 에너지를 공급하는 무선 충전 시스템에 대한 연구도 함께 이루어지고 있다.
이동 단말기의 무선 충전 시스템 및 전기 자동차의 무선 충전 시스템에 대해 많은 업체들이 연구 개발에 몰두하고 있다.
이러한 무선 충전 시스템에는, 무선 충전 패드와 임피던스 보상을 위한 공진 탱크가 포함된다.
종래 기술에 따른 무선 충전 시스템에서 공진 탱크는, 무선 충전 패드와는 별개로 제작되어, 전력 송신 장치와 전력 수신 장치의 제조사가 다른 경우, 공진부의 파라미터 수정을 위해 하우징과 방열구조를 변경해야하는 문제가 있었다.
한편, 코일 양단에는 높은 유기 전압이 발생하게 된다. 종로 기술에 따른 무선 충전 패드는, 절연거리를 확보하기 위해, 코일의 일단이, 감겨 있는 선 위로 타고 외부로 나오는 구조를 가지게 된다. 이러한 구조는, 무선 충전 패드의 부피를 증가하게 하거나 플랫(flat)하지 못한 형상을 가지게 하는 문제가 있다.
본 발명의 실시예는 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 공진부의 파라미터를 간단하게 수정할 수 있는 무선 충전 패드를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예는, 상기 무선 충전 패드를 포함하는 무선 충전 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 패드는, 내부에 임피던스를 보상하는 공진 탱크를 포함한다. 또한, 공진 탱크에는 플랫 타입 커패시터가 포함된다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 공진 탱크를 포함함으로써 무선 충전 패드의 범용화가 가능한 효과가 있다.
둘째, 공진 탱크에 플랫 타입 커패시터를 포함함으로써, 무선 충전 패드를 슬림하게 제작 가능한 효과가 있다.
셋째, 페라이트 플레이트에 홀(hole)과 홈(groove)를 구비함으로써, 무선 충전 패드를 평평하게 제작 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 방식을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 패드의 등가 회로를 예시한다.
도 5 내지 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 패드의 구성을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 패드를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 패드를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 플랫 타입 커패시터를 설명하는데 참조되는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 블럭도이다.
도면을 참조하면, 무선 충전 시스템(100)은, 전력 송신 장치(10)와 전력 수신 장치(20)를 포함할 수 있다.
무선 충전 시스템(100)은, 전기 자동차 배터리의 무선 충전, 이동 단말기 배터리의 무선 충전 등에 이용될 수 있다.
전기 자동차 배터리의 무선 충전에 무선 충전 시스템(100)이 이용되는 경우, 전력 송신 장치(10)는, 충전소 등에 설치될 수 있고, 전력 수신 장치(20)는, 차량 내부에 구비될 수 있다.
이동 단말기 배터리의 무선 충전에 무선 충전 시스템(100)이 이용되는 경우, 전력 송신 장치(10)는, 포터블 형식으로 구성될 수 있고, 전력 수신 장치(20)는, 이동 단말기 내부에 구비될 수 있다.
실시예에 따라, 차량 내부에 전력 송신 장치(10)가 구비되어, 전력 수신 장치(20)를 구비한 이동 단말기와 무선 충전 시스템을 구성할 수 있다.
전력 송신 장치(10)는, AC/DC 컨버터(11), DA/AC 인버터(12), 공진 탱크(13) 및 송신 패드(14)를 포함할 수 있다.
AC/DC 컨버터(11)는, 계통(1)에서 제공되는 교류 형태의 전기 에너지를 직류 형태로 전환할 수 있다.
DC/AC 컨버터(12)는, 직류 형태의 전기 에너지를 교류 형태의 전기 에너지로 전환한다. 이때, DC/AC 컨버터(12)는, 수십 내지 수백 kHz의 고주파 신호를 생성할 수 있다.
공진 탱크(13)는, 무선 충전에 적합하게 임피던스를 보상한다. 공진 탱크(13)는, 송신 패드(14)의 하위 구성으로 설명될 수 있다. (도 4 내지 도 8b 참조)
송신 패드(14)는, 전기 에너지를 무선으로 전송한다.
송신 패드(14)는, 내부에 송신 코일(15)을 포함한다.
전력 수신 장치(20)는, 수신 패드(21), 공진 탱크(22) 및 정류기(23)를 포함할 수 있다.
수신 패드(23)는, 전기 에너지를 무선으로 수신한다.
수신 패드(23)는, 내부에 수신 코일(25)을 포함한다.
송신 패드(14)와 수신 패드(23)는, 자기 결합(magnetic coupling)을 가지는 코일 세트(송신 코일(15) 및 수신 코일(25))를 포함한다.
송신 패드(14)와 수신 패드(23)는, 고주파 구동 신호로 인해 발생하는 자기장(magnetic field)를 매개로 물리적인 전극간의 접촉(electrical contact)없이 전기 에너지를 전달한다.
송신 패드(14)와 수신 패드(23) 사이에 금속성의 이물질(Foreign Object)가 존재하는 경우, 와전류 손실이 발생된다. 이경우, 화재가 발생 등의 위험이 있다.
공진 탱크(22)는, 무선 충전에 적합하게 임피던스를 보상한다. 공진 탱크(22)는, 수신 패드(23)의 하위 구성으로 설명될 수 있다. (도 4 내지 도 8b 참조)
정류기(21)는, 배터리(30)에 직류 형태의 전기 에너지를 공급하기 위해, 교류 형태의 전기 에너지를 직류 형태의 전기 에너지로 전환한다.
배터리(30)는, 차량 또는 이동 단말기에 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 방식을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 3을 참조하면, 무선 충전 시스템은, 유도 결합 방식 또는 공진 결합 방식을 이용할 수 있다.
유도 결합 방식(Inductive Coupling) 방식은, 인접한 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일(coil)에 흐르는 전류의 세기를 변화시키면 그 전류에 의해 자기장이 변하고, 이로 인하여 2차 코일(coil)을 지나는 자속이 변하게 되어 2차 코일(coil)측에 유도 기전력이 생기게 되는 원리를 이용한다. 즉, 이 방식에 따르면, 두 개 도선을 공간적으로 움직이지 않고도 두 개 코일(coil)을 근접시킨 채 1차 코일(coil)의 전류만 변화시키면 유도 기전력이 생기게 된다. 이 경우, 주파수 특성은 크게 영향을 받지 않으나, 각 코일(coil)을 포함하는 송신 장치(예를 들면, 무선 충전 장치) 및 수신 장치(예를 들면, 이동 단말기) 사이의 배열(Alignment) 및 거리(Distance)에 따라 전력 효율이 영향을 받게 된다.
공진 결합(Resonance Coupling) 방식은, 일정 거리가 떨어진 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일(coil)에 공진 주파수(Resonance Frequncy)를 인가하여 발생한 자기장 변화량 중 일부가 동일한 공진 주파수의 2차 코일(coil)에 인가되어 2차 코일(coil)에서 유도 기전력이 발생되는 원리를 이용한다. 즉, 이 방식에 따르면, 송수신 장치가 각각 동일 주파수로 공진하는 경우, 전자파가 근거리 전자장을 통해 전달되게 되므로, 주파수가 다르면 에너지 전달이 없게 된다. 이 경우, 주파수의 선택이 중요한 문제가 될 수 있다. 소정 거리 이상 이격된 공진 주파수간에는 서로간에 에너지 전달이 없으므로, 공진 주파수 선택을 통해 충전 대상 기기를 선택할 수도 있다. 만일, 하나의 공진 주파수에 하나의 기기만이 할당되는 경우, 공진 주파수의 선택은 곧 충전 대상 기기를 선택하는 의미를 가질 수도 있다.
공진 결합 방식은 유도 결합 방식에 비해, 각 코일(coil)을 포함하는 송신 장치 및 수신 장치 사이의 배열(Alignment) 및 거리(Distance)가 상대적으로 전력 효율에 덜 영향을 주는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 패드의 등가 회로를 예시한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 패드(500)는, 전력 송신 장치(10)의 송신 패드(14) 또는 전력 수신 장치(20)의 수신 패드(23)로 이용될 수 있다.
무선 충전 패드(500)는, 이동 단말기와 같은 소형 장치의 무선 충전에 이용될 수 있으나, 전기 자동차와 같은 대형 장치의 무선 충전에 이용되는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 무선 충전 패드(500)는, 전력 송신용 패드(500a) 또는 전력 수신용 패드(500b)로 이용될 수 있다.
전력 송신용 패드(500a)는, 공진 탱크(13) 및 전력 송신용 코일(520a)을 포함할 수 있다.
전력 송신용 패드(500a)는, 전력 변환기(11,12)와 전기적으로 연결될 수 있다.
전력 변환기(11, 12)는, 도 2를 참조하여 설명한 AC/DC 컨버터(11) 및 DC/AC 인버터(12)를 포함할 수 있다.
전력 수신용 패드(500b)는, 공진 탱크(22) 및 전력 수신용 코일(520b)을 포함할 수 있다.
전력 수신용 패드(500b)는, 정류기(23)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5 내지 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 패드의 구성을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 5는 무선 충전 패드의 분해 사시도를 예시한다.
도 6a는 코일(520), 페라이트 플레이트(ferrite plate)(510) 및 공진 탱크(530)를 중심으로 도시된 무선 충전 패드의 상면도를 예시한다.
도 6b는 코일(520), 페라이트 플레이트(ferrite plate)(510) 및 공진 탱크(530)를 중심으로 도시된 무선 충전 패드의 측면도를 예시한다.
도 5 내지 도 6b를 참조하면, 무선 충전 패드(500)는, 탑 케이스(610), 코일 가이드(620), 적어도 하나의 코일(520), 적어도 하나의 페라이트 플레이트(ferrite plate)(510), 알루미늄 플레이트(630), 절연 시트(640), 공진 탱크(530) 및 바텀 케이스(650)를 포함할 수 있다.
탑 케이스(top case)(610)는, 바텀 케이스(650)와 함께 무선 충전 패드(500)의 외관을 형성할 수 있다.
탑 케이스(610)는, 바텀 케이스(650)와 결합하여 내부에 공간을 형성할 수 있다. 형성된 공간에, 코일 가이드(620), 코일(520), 페라이트 플레이트(ferrite plate)(510), 알루미늄 플레이트(630), 절연 시트(640) 및 공진 탱크(530)가 수용될 수 있다.
코일 가이드(620)는, 코일 가이드(620)는, 코일(520) 상에 위치할 수 있다.
코일 가이드(620)는, 결합시, 고정되어 움직이지 않도록 코일(520)을 구속할 수 있다.
코일(520)은 나선형으로 형성되어, 전체적인 형상이 원형, 타원형 또는 다각형을 형성할 수 있다. 코일 가이드(620)는, 원형, 타원형 또는 다각형을 수용할 수 있는 형상을 가질 수 있다.
실시예에 따라, 코일 가이드(620)는, 탑 케이스(610)와 일체형으로 형성될 수 있다.
실시예에 따라, 코일 가이드(620)는, 생략될 수 있다.
코일(520)은, 전력 전송을 위한 코일일 수 있다. 코일(520)은, 페라이트 플레이트(510) 상에 위치할 수 있다.
무선 충전 패드(500)가 송신 패드(14)로 기능하는 경우, 코일(520)은, 송신 코일(15)로 설명될 수 있다.
무선 충전 패드(500)가 수신 패드(15)로 기능하는 경우, 코일(520)은, 수신 코일(25)로 설명될 수 있다.
코일(520)은 나선형(spiral)으로 형성될 수 있다.
코일(520)의 감김으로 인해, 코일(520)은 전체적으로 원형, 타원형 또는 다각형의 외관을 형성할 수 있다.
코일(520)은, 제1 단(521) 및 제2 단(529)을 포함할 수 있다.
제1 단(521)은, 무선 충전 패드(500)의 입력단 또는 출력단으로 기능할 수 있다.
제2 단(521)은, 제1 배선(611)을 매개로, 공진 탱크(530)의 적어도 하나의 플랫 타입 커패시터(600)에 연결될 수 있다.
코일(520)은, 코일 가이드(620)와 페라이트 플레이트(510) 사이에 위치할 수 있다.
페라이트 플레이트(ferrite plate)(510)는, 원형, 타원형 또는 다각형의 플레이트 형상을 가질 수 있다.
실시예에 따라, 페라이트 플레이트(510)는, 복수개로 구성될 수 있다.
페라이트 플레이트(510)는, 상면과 하면을 관통하는 홀(hole)(511)을 포함할 수 있다.
페라이트 플레이트(510)의 상면은, 탑 케이스(610), 코일 가이드(620) 및 코일(520) 중 적어도 어느 하나와 마주보는 면으로 정의될 수 있다.
페라이트 플레이트(510)의 하면은, 알루미늄 플레이트(630), 절연 시트(640), 공진 탱크(530) 및 바텀 케이스(650) 중 적어도 하나와 마주보는 면으로 정의될 수 있다.
페라이트 플레이트(510)는, 하면에 형성된 홈(groove)(512)을 포함할 수 있다.
페라이트 플레이트(510)는, 코일(520)과 공진 탱크(530) 사이에 위치할 수 있다.
실시예에 따라, 페라이트 플레이트(510)와 공진 탱크(520) 사이에는, 알루미늄 플레이트(630) 및 절연 시트(640)가 위치할 수 있다.
알루미늄 플레이트(630)는, 자기장을 차폐할 수 있다.
알루미늄 플레이트(630)는, 전력 전송 및/또는 전력 수신 과정에서 발생되는 자기장이 외부로 유출되지 않도록 차폐할 수 있다.
알루미늄 플레이트(630)는, 방열 기능을 수행할 수 있다.
알루미늄 플레이트(630)는, 전력 전송 및/또는 전력 수신 과정에서 코일(520) 및/또는 페라이트 플레이트(510)에서 발생되는 열을 무선 충전 패드(500) 외부로 유도할 수 있다.
알루미늄 플레이트(630)는, 페라이트 플레이트(510)와 바텀 케이스(650) 사이에 위치할 수 있다.
예를 들면, 알루미늄 플레이트(630)는, 페라이트 플레이트(510) 아래에 위치할 수 있다.
한편, 알루미늄 플레이트(630)에는 제1 배선(611)을 삽입하기 위한 홀이 형성될 수 있다.
절연 시트(640)는, 의도되지 않은 전류를 차폐할 수 있다.
예를 들면, 절연 시트(640)는, 페라이트 플레이트(510)에 흐르는 표면 전류를 차폐할 수 있다.
예를 들면, 절연 시트(640)는, 공진 탱크(530)의 커패시터가 무선 충전 패드(500) 내의 다른 구성 요소들과 통전되지 않도록 차폐할 수 있다.
절연 시트(640)는, 페라이트 플레이트(510)와 바텀 케이스(650) 사이에 위치할 수 있다.
예를 들면, 절연 시트(640)는, 알루미늄 플레이트(630)와 플랫 타입 커패시터(600) 사이에 위치할 수 있다.
한편, 절연 시트(640)에는, 제1 배선(611)을 삽입하기 위한 홀이 형성될 수 있다.
공진 탱크(530)는, 탱크 회로(tank circuit), 공진 회로(resonance circuit), 공진 탱크 회로(resonance tank) circuit) 등으로 명명될 수도 있다.
공진 탱크(530)는, 코일(520)의 임피던스(impedance)를 보상하기 위해 구비될 수 있다.
공진 탱크(530)는, 적어도 하나의 플랫 타입 커패시터(flat type capacitor)(600)를 포함할 수 있다.
종래 기술에 따른 공진 탱크(530)는, 송신 패드(14) 또는 수신 패드(21)와 별개로, 회로부에 포함되게 제작되었다.
이러한 경우, 타사 제품 과의 결합시, 회로부에 포함된 공진부의 파라미터 수정을 위해, 케이스 및 방열 구조 변경이 불가피하였다.
본원 발명에 따른 무선 충전 패드(500)는, 내부에 공진 탱크(530)를 포함함으로써, 타사 제품 과의 결합시에도, 회로부의 변경 없이, 플랫 타입 커패시터만 변경하여 대응할 수 있다. 즉, 무선 충전 패드(500)는, 공진부의 파라미터 가변이 용이한 장점이 있다. 또한, 무선 충전 패드(500)의 몰딩 변경 등을 통한 외관 변경 또는 냉각 구조의 변경 없이도 공진부의 파라미터 가변이 가능하다.
본원 발명에 따른 무선 충전 패드(500)는, 플랫 타입 커패시터를 이용함으로써, 무선 충전 패드(500)의 외관이 평평하게 형성될 수 있다. 이와 같은 평평한 외관으로 인해, 지면에 장착(송신 패드)되거나, 차량에 장착(수신 패드)되기 용이한 장점이 있다.
플랫 타입 커패시터(600)는, 페라이트 플레이트(510)의 아래에 위치할 수 있다.
플랫 타입 커패시터(600)는, 홀(511)에 삽입된 제1 배선(611)을 매개로 코일(520)과 전기적으로 연결될 수 있다.
플랫 타입 커패시터(600)는, 홈(512)에 배치된 제2 배선(612)을 매개로 외부 장치와 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같은 구조로 인해, 코일 양단에 발생되는 유기 전압 발생을 회피하기 위해 충분한 절연 거리를 확보하는 장점이 있다.
또한, 이와 같은 구조로 인해, 작은 부피를 가지고 플랫한 형상의 무선 충전 패드(600)를 제공할 수 있게 된다.
한편, 외부 장치는, 무선 충전 패드(500)의 외부 장치를 의미할 수 있다.
예를 들면, 무선 충전 패드(500)가 송신 패드(14)로 이용되는 경우, 외부 장치는, 회로부일 수 있다. 여기서, 회로부는, DC/AC 인버터(12), AC/DC 컨버터(11) 및 계통(1) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 개념일 수 있다.
예를 들면, 무선 충전 패드(500)가 수신 패드(21)로 이용되는 경우, 외부 장치는 회로부일 수 있다. 여기서, 회로부는, 정류기(23) 및 배터리(30) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 개념일 수 있다.
플랫 타입 커패시터(600)는, 복수개로 구성될 수 있다.
플랫 타입 커패시터(600)는, 제1 커패시터(601) 및 제2 커패시터(602)를 포함할 수 있다.
제1 커패시터(601)는, 제1 배선(611)을 매개로, 코일(520)과 직렬 연결될 수 있다.
제2 커패시터(602)는, 제1 커패시터(601)와 직렬 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 제2 커패시터(602)는, 제1 커패시터(601)와 병렬 연결될 수도 있다.
제2 커패시터(602)는, 제2 배선(612)을 매개로 외부 장치와 연결될 수 있다.
제1 커패시터(601)와 제2 커패시터(602) 사이에는 적어도 하나의 커패시터(603, 604)가 직렬로 연결될 수 있다.
제1 커패시트(601)과 제2 커패시터(602) 사이에 직렬로 연결되는 커패시터의 개수에 따라, 커패시턴스를 조절할 수 있다.
제1 커패시터(601)와 제2 커패시터(602)가 포함된 복수의 커패시터의 직렬 또는 병렬 연결을 통해, 커패시턴스를 조절할 수 있다.
한편, 제2 배선(612)은, 제1 단(621) 및 제2 단(629)을 포함할 수 있다.
제1 단(621)은, 플랫 타입 커패시터(600)와 연결될 수 있다.
제2 단(629)는, 외부 장치와 연결될 수 있다.
제2 단(629)는, 무선 충전 패드(500)의 입력단 또는 출력단으로 기능할 수 있다.
예를 들면, 코일(520)의 제1 단(521)이 무선 충전 패드(500)의 입력단으로 기능하는 경우, 제2 배선(612)의 제2 단(629)은, 무선 충전 패드(500)의 출력단으로 기능할 수 있다.
예를 들면, 코일(520)의 제1 단(521)이 무선 충전 패드(500)의 출력단으로 기능하는 경우, 제2 배선(520)의 제2 단(629)은, 무선 충전 패드(500)의 입력단으로 기능할 수 있다.
공진 탱크(530)는, 페라이트 플레이트(510)와 바텀 케이스(650) 사이에 위치할 수 있다.
실시예에 따라, 바텀 케이스(650)와 페라이트 플레이트(510) 사이에서, 알루미늄 플레이트(630), 절연 시트(640) 및 공진 탱크(530)는, 도 5와 다른 배치 순서를 가질 수 있다.
예를 들면, 절연 시트(640), 알루미늄 플레이트(630) 및 공진 탱크(530) 순으로 배치될 수 있다.
예를 들면, 공진 탱크(530), 절연 시트(640) 및 알루미늄 플레이트(630) 순으로 배치될 수 있다.
예를 들면, 공진 탱크(530), 알루미늄 플레이트(630) 및 절연 시트(640) 순으로 배치될 수 있다.
바텀 케이스(bottom case)(650)는, 탑 케이스(610)와 무선 충전 패드(500)의 외관을 형성할 수 있다.
바텀 케이스(650)는, 탑 케이스(610)와 결합하여 내부에 공간을 형성할 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 패드를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 7a 내지 도 7b의 무선 충전 패드는, 추가로 설명되는 내용외에는, 도 6a 내지 도 6b의 무선 충전 패드에 대한 설명이 적용될 수 있다.
도 7a 내지 도 7b를 참조하면, 페라이트 플레이트(510)는, 복수의 페라이트 (511, 512, 513, 514, 515, 516)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 페라이트 플레이트(510)는, 제1 내지 제6 페라이트(511, 512, 513, 514, 515, 516, 517)를 포함할 수 있다.
복수의 페라이트(511, 512, 513, 514, 515, 516, 517) 각각은, 두개의 직선, 두개의 직선과 연결된 제1 호, 두개의 직선과 연결되고 제1 호보다 더 큰 반지름을 가지는 제2 호로 정의되는 도형의 형상을 가질 수 있다.
이러한 복수의 페라이트(511, 512, 513, 514, 515, 516, 517) 각각의 형상은, 중심 영역이 비어있는 부채꼴 형상으로 설명될 수 있다.
이러한 페라이트 형상으로 인해, 코일(510)을 서큘러 타입으로 감아, 무선 전력 전송 효율을 높일 수 있게 된다.
복수의 플랫 타입 커패시터(600)는, 복수의 페라이트(511, 512, 513, 514, 515, 516) 중 어느 두개 사이에 위치할 수 있다.
플랫 타입 커패시터(600)는, 복수의 커패시터(701, 702, 703, 704, 705, 706)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 플랫 타입 커패시터(600)는, 제1 내지 제6 커패시터(701, 702, 703, 704, 705, 706)를 포함할 수 있다.
제1 커패시터(701)는, 제1 플레이트(511)와 제2 플레이트(512) 사이에 위치할 수 있다.
제1 커패시터(701)는, 제1 배선(611)을 매개로, 코일(520)과 직렬 연결될 수 있다.
제2 커패시터(702)는, 제2 플레이트(512)와 제3 플레이트(513) 사이에 위치할 수 있다.
제2 커패시터(702)는, 제1 커패시터(701)와 직렬 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 제2 커패시터(702)는, 제1 커패시터(701)와 병렬 연결될 수도 있다.
제2 커패시터(702)는, 제2 배선(612)을 매개로 외부 장치와 연결될 수 있다.
제1 커패시터(701)와 제2 커패시터(702) 사이에는 적어도 하나의 커패시터(703, 704, 705, 706)가 직렬로 연결될 수 있다.
제1 커패시트(701)과 제2 커패시터(702) 사이에 직렬로 연결되는 커패시터의 개수에 따라, 커패시턴스를 조절할 수 있다.
제1 커패시터(701)와 제2 커패시터(702)가 포함된 복수의 커패시터의 직렬 또는 병렬 연결을 통해, 커패시턴스를 조절할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 패드를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c의 무선 충전 패드는, 추가로 설명되는 내용외에는, 도 6a 내지 도 6b의 무선 충전 패드 및 도 7a 내지 도 7b의 무선 충전 패드에 대한 설명이 적용될 수 있다.
도 8a 내지 도 8b를 참조하면, 코일(520)은, 복수의 서브 코일(520a, 520b, 520c, 520d, 520e, 520f)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 코일(520)은, 제1 내지 제6 서브 코일(520a, 520b, 520c, 520d, 520e, 520f)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 코일(520)은, 복수의 커패시터(701, 702, 703, 704, 705, 706)와 같은 개수의 서브 코일(520a, 520b, 520c, 520d, 520e, 520f)을 포함할 수 있다.
플랫 타입 커패시터(600)는, 복수의 커패시터(701, 702, 703, 704, 705, 706)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 플랫 타입 커패시터(600)는, 제1 내지 제6 커패시터(701, 702, 703, 704, 705, 706)를 포함할 수 있다.
복수의 서브 코일(520a, 520b, 520c, 520d, 520e, 520f)과 복수의 커패시터(701, 702, 703, 704, 705, 706)는, 서로 교대로 직렬 연결될 수 있다.
절연 시트(640)는, 페라이트 플레이트(510)와 플랫 타입 커패시터(600) 아래에 배치될 수 있다.
알루미늄 플레이트(630)는, 절연 시트(640) 아래에 배치될 수 있다.
도 8c는, 복수의 서브 코일과 복수의 커패시터 연결의 등가 회로를 예시한다.
도 8c에 예시된 바와 같이, 복수의 서브 코일(520a, 520b, 520c, 520d, 520e, 520f)과 복수의 커패시터(701, 702, 703, 704, 705, 706)는, 서로 교대로 직렬 연결될 수 있다.
제1 서브 코일(520a)은, 제2 커패시터(702)와 연결될 수 있다.
제2 서브 코일(520b)는, 제2 커패시터(702) 및 제5 커패시터(705)와 연결될 수 있다.
제3 서브 코일(520c)는, 제5 커패시터(705) 및 제1 커패시터(701)와 연결될 수 있다.
제4 서브 코일(520d)은, 제1 커패시터(701) 및 제3 커패시터(703)와 연결될 수 있다.
제5 서브 코일(520e)은, 제3 커패시터(703) 및 제6 커패시터(706)와 연결될 수 있다.
제6 서브 코일(520f)은, 제6 커패시터(706)과 연결될 수 있다.
이러한 구조로 인해, 코일(520)과 공진 탱크(530) 내부의 과도한 내압을 가지는 부분이 없이지는 장점이 있다.
이러한 구조로 인해, 무선 충전 패드(500) 전체의 두께가 감소하는 장점이 있다.
한편, 도 6a 내지 도8b는 무선 충전 패드(500)의 예시일 뿐, 복수의 페라이트의 개수, 복수의 커패시터 개수에 본 발명의 범위가 한정되지 아니한다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 플랫 타입 커패시터를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 9는 세라믹을 이용한 플랫 타입 커패시터(600)를 예시한다.
지시부호 910은 세라믹 커패시터(600)를 나타낸다.
도 9와 같이 단순 패턴으로만 구성을 하여도 원하는 직,병렬 구조를 얻을 을 수 있다.
필요한 용량에 맞추어 패턴을 구현한다면 최적의 크기로 플랫 타입 세라믹 커패시터 뱅크를 구성 할 수 있다.
도 10은 필름을 이용한 플랫 타입 커패시터(600)를 예시한다.
필름(film) 유전체(1010)를 사용할 경우, 양면에 전극 판(1020)을 부착하여 적층 후, 양쪽 면을 연결(x) 한다면 평행(parallel)구조의 필름 커패시터(600)를 얻을 수 있을 것이다.
플랫 타입 커패시터(600)는 도 9 및 도 10과 같지 않더라도 넓고 얇은 커패시터를 이용하여 무선 전력 패드(500)에 포함되는 구조로 정의될 수 있다.
무선 전력 패드(500)가 넓은 플레이트의 구조를 가지고 있으므로, 플랫 타입 커패시터(600)를 페라이트 플레이트(510) 아래 또는 복수의 플레이트(511, 512, 513, 514, 515, 516)의 사이에 배치한다면 회로부에서 공진부를 제거함과 동시에, 무선 전력 패드(500)의 부피 증가를 최소화 할 수 있다.
또한, 무선 전력 패드의 입력단과 출력단 사이의 유기전압도 크게 감소하여 절연거리에 대한 이슈도 크게 줄어드는 장점을 가진다.
또한, 공진 값의 가변이 필요한 경우 기구적으로 고정되어 있는 회로부 (전력변환부, 정류부)의 변경이 필요 없어지게 된다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
500 : 무선 충전 패드

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 페라이트 플레이트(ferrite plate);
    상기 페라이트 플레이트 상에 위치하는 코일; 및
    상기 코일의 임피던스를 보상하기 위해 복수의 플랫 타입 커패시터를 포함하는 공진 탱크;를 포함하고,
    상기 플랫 타입 커패시터는,
    상기 코일과 직렬 연결되는 제1 커패시터; 및
    상기 제1 커패시터와 직렬 연결되는 제2 커패시터를 포함하고,
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터는, 동일 평면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 패드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 플랫 타입 커패시터는,
    상기 페라이트 플레이트의 아래에 위치하는 무선 충전 패드.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 페라이트 플레이트는 상면과 하면을 관통하는 홀(hole)을 포함하고,
    상기 복수의 플랫 타입 커패시터는,
    상기 홀에 삽입된 제1 배선을 매개로 상기 코일과 전기적으로 연결되는 무선 충전 패드.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 페라이트 플레이트는 하면에 형성된 홈(groove)를 포함하고,
    상기 복수의 플랫 타입 커패시터는,
    상기 홈에 배치된 제2 배선을 매개로 외부 장치와 전기적으로 연결되는 무선 충전 패드.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 커패시터는, 상기 제1 배선을 매개로, 상기 코일과 직렬 연결되고,
    상기 제2 커패시터는, 상기 제2 배선을 매개로, 상기 외부 장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 패드.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 페라이트 플레이트 아래에 위치하는 알루미늄 플레이트; 및
    상기 알루미늄 플레이트와 상기 복수의 플랫 타입 커패시터 사이에 위치하는 절연 시트; 를 더 포함하는 무선 충전 패드.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 페라이트 플레이트는,
    복수의 페라이트를 포함하고,
    상기 복수의 플랫 타입 커패시터는,
    상기 복수의 페라이트 중 어느 두개 사이에 각각 위치하는 무선 충전 패드.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 코일은,
    복수의 서브 코일을 포함하고,
    상기 복수의 서브 코일과 상기 복수의 커패시터는, 서로 교대로 직렬 연결되는 무선 충전 패드.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 복수의 페라이트 각각은,
    두개의 직선, 상기 두개의 직선과 연결된 제1 호, 상기 두개의 직선과 연결되고 제1 호보다 더 큰 반지름을 가지는 제2 호로 정의되는 도형의 형상을 가지는 무선 충전 패드.
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