KR102523627B1 - 가변인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈 - Google Patents
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Abstract
가변인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가변인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈은 동작주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 범위에서 공진방식으로 작동하는 것으로서, 전력을 무선으로 전송하기 위한 송신코일; 상기 송신코일과 연결되어 상기 송신코일의 공진주파수를 결정하기 위한 커패시터; 및 상기 송신코일과 전기적으로 연결되고, 상기 송신코일의 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz 범위내에 위치하여 작동하도록 전체 인덕턴스를 가변하기 위한 가변 인덕터부를 포함하고, 상기 가변 인덕터부는 중공형의 자성체코어와 상기 자성체코어의 외주면을 따라 복수 회 권선되는 가변코일 및 상기 자성체코어에 상기 가변코일의 권선방향과 다른 방향으로 복수 회 권선되는 제어코일을 포함하며, 상기 자성체코어는 6.765MHz~6.795MHz의 주파수범위에서 투자율이 100~350이고, Tanㅿ(=μ"/μ')가 0.05 이하이고, 상기 가변코일은 0.5μH ~ 5μH의 범위의 인덕턴스를 갖는 코일이고, 상기 제어코일은 5μH ~ 300 μH의 범위의 인덕턴스를 갖는 코일이며, 상기 제어코일의 인덕턴스는 0.00001μH ~ 3 μH의 범위에서 가변되도록 설정될 수 있다.
Description
본 발명은 가변인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈에 관한 것이다.
휴대 단말기는 내장된 배터리를 무선으로 충전하기 위한 무선 충전 기능이 구비되고 있는데, 이러한 무선 충전은 휴대 단말기에 내장되는 무선전력 수신모듈이 무선전력 전송모듈에 의해 무선전력을 공급받음으로써 이루어진다.
이와 같은 무선 충전은 자기 유도 방식과 자기 공진 방식 등이 사용된다.
상술한 자기유도방식이나 자기공진방식은 자기장을 이용하는 것으로, 코일을 이용해서 전자기장을 만들고, 이를 통해 전력을 전달한다는 점에서 동일하다. 그러나, 자기유도방식은 코일간의 전자기 유도현상을 이용하는 것이고, 자기공진방식은 코일간의 자기공진을 이용한다는 점이 다르다.
즉, 자기유도방식은 동일한 주파수로 만든 코일을 서로 포개면 1차 코일에서 생성된 자기장이 2차 코일에 유도전류가 흘러 에너지를 공급하는 원리이며, 자기 공진 방식은 직접적으로 충전 매트와 접촉하지 않아도 전력을 전송할 수 있는 점이 특징이다.
자기 공진 방식은 기본적으로 코일을 통해서 전류가 전자기로 바뀌는 것까지는 자기유도 방식과 비슷하지만, 이를 공진 주파수에 실어 멀리 보내는 점이 다르다. 즉, 상기 자기 공진 방식은 상기 무선전력 전송모듈 및 무선전력 수신모듈에 커패시터 및 코일을 포함하도록 구성되어 소정의 주파수 대역에서 공진이 발생하여 무선전력이 전달됨으로써 무선충전이 이루어지게 된다.
이때, 상기 자기 공진 방식은 동작주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 대역에서 작동하며, 상기 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 대역에 위치하여 공진주파수로 작동하여 공진이 이루어지는 경우 손실이 가장 적어 최대 충전 효율을 얻을 수 있게 된다.
그러나, 상기 무선전력 전송모듈의 경우 대량의 단위로 양산되기 때문에 공진을 위한 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 범위를 벗어날 확률이 매우 높게 된다. 만약, 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 범위를 벗어나게 되면 공진주파수의 진폭이 작아져 방사 손실이 증가하므로 충전 효율이 떨어지게 된다.
또한, 무선전력전송시 상기 무선전력 수신모듈과 무선전력 전송모듈의 위치가 지나치게 가까울 경우 6.765MHz~6.795MHz의 범위에서 스플릿 현상이 발생되어 전력전송효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 송신코일과 전기적으로 연결되는 가변 인덕터부를 통하여 전체 인덕턴스를 가변시켜 동작주파수의 중심주파수가 소정의 주파수 범위내에 위치하여 공진주파수로 작동하도록 함으로써 무선전력 전송효율을 높일 수 있는 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 동작주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 범위에서 공진방식으로 작동하는 것으로서, 전력을 무선으로 전송하기 위한 송신코일; 상기 송신코일과 연결되어 상기 송신코일의 공진주파수를 결정하기 위한 커패시터; 및 상기 송신코일과 전기적으로 연결되고, 상기 송신코일의 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz 범위내에 위치하여 작동하도록 전체 인덕턴스를 가변하기 위한 가변 인덕터부를 포함하고, 상기 가변 인덕터부는 중공형의 자성체코어와 상기 자성체코어의 외주면을 따라 복수 회 권선되는 가변코일 및 상기 자성체코어에 상기 가변코일의 권선방향과 다른 방향으로 복수 회 권선되는 제어코일을 포함하며, 상기 자성체코어는 6.765MHz~6.795MHz의 주파수범위에서 투자율이 100~350이고, Tanㅿ(=μ"/μ')가 0.05 이하이고, 상기 가변코일은 0.5μH ~ 5μH의 범위의 인덕턴스를 갖는 코일이고, 상기 제어코일은 5μH ~ 300 μH의 범위의 인덕턴스를 갖는 코일이며, 상기 제어코일의 인덕턴스는 0.00001μH ~ 3 μH의 범위에서 가변되도록 설정되는 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈을 제공한다. (여기서, μ'은 투자율이고, μ"은 투자손실률임).
또한, 상기 자성체코어에 권선되는 상기 제어코일의 권선방향은 상기 자성체코어에 권선되는 상기 가변코일의 권선방향과 수직한 방향일 수 있다.
또한, 상기 자성체코어는 Ni-Zn 페라이트로 이루어질 수 있다.
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한편, 본 발명은 동작주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 범위에서 공진방식으로 작동하는 것으로서, 전력을 무선으로 전송하기 위한 송신코일; 상기 송신코일과 연결되어 상기 송신코일의 공진주파수를 결정하기 위한 커패시터; 및 상기 송신코일과 전기적으로 연결되고, 상기 송신코일의 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz 범위내에 위치하여 작동하도록 전체 인덕턴스를 가변하기 위한 가변 인덕터부를 포함하고, 상기 가변 인덕터부는 중공형의 자성체코어와 상기 자성체코어의 외주면을 따라 복수 회 권선되는 가변코일 및 상기 자성체코어에 상기 가변코일의 권선방향과 다른 방향으로 복수 회 권선되는 제어코일을 포함하며, 상기 가변 인덕터부는 보정신호를 생성하여 상기 제어코일로 공급되는 전류량을 변화시키는 전류가변부를 더 포함하되, 상기 자성체코어는 6.765MHz~6.795MHz의 주파수범위에서 투자율이 100~350이고, Tanㅿ(=μ"/μ')가 0.05 이하이고, 상기 전류가변부는 상기 송신코일과 커플링되어 상기 송신코일의 주파수 및 위상을 검출하는 커플러와, 전원공급부와 전기적으로 연결되어 상기 전원공급부의 주파수 및 위상을 검출하는 소스검출부 및 상기 커플러를 통해 검출된 상기 송신코일의 주파수 및 위상과 상기 소스검출부를 통해 검출된 상기 전원공급부의 주파수 및 위상을 비교하여 상기 제어코일로 공급되는 전류량을 가변하기 위한 보정신호를 생성하는 비교기를 포함하는 무선전력 전송모듈을 제공한다. (여기서, μ'은 투자율이고, μ"은 투자손실률임).
본 발명에 의하면, 송신코일과 전기적으로 연결되는 가변 인덕터부를 통하여 전체 인덕턴스를 가변시켜 동작주파수의 중심주파수가 소정의 주파수 범위내에 위치하여 공진주파수로 작동하도록 함으로써 전력전송효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈을 통해 무선전력 수신모듈 측으로 전력이 전달되는 개념을 도시한 개념도,
도 2는 도 1에 적용되는 가변 인덕터부에서 가변코일, 제어코일 및 자성체의 배치관계를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈에 적용되는 전류가변부를 개념적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈을 통해 가변코일의 인덕턴스를 변화시키는 과정을 나타낸 플로우차트, 그리고,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈의 주파수를 나타낸 그래프로서, 도 5a는 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 범위에서 벗어난 경우 가변 인덕터부에 의해 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz 범위로 조정되어 정상상태로 변경되는 것을 나타낸 도면이고, 도 5b는 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 범위에 위치한 상태에서 스플릿이 발생한 경우한 경우 가변 인덕터부를 통해 스플릿이 보완된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 적용되는 가변 인덕터부에서 가변코일, 제어코일 및 자성체의 배치관계를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈에 적용되는 전류가변부를 개념적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈을 통해 가변코일의 인덕턴스를 변화시키는 과정을 나타낸 플로우차트, 그리고,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈의 주파수를 나타낸 그래프로서, 도 5a는 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 범위에서 벗어난 경우 가변 인덕터부에 의해 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz 범위로 조정되어 정상상태로 변경되는 것을 나타낸 도면이고, 도 5b는 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 범위에 위치한 상태에서 스플릿이 발생한 경우한 경우 가변 인덕터부를 통해 스플릿이 보완된 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
먼저, 도 1을 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈(100)은 무선전력 수신모듈(10)과의 상호 접촉없이 무선으로 전력을 전달하기 위한 것이다.
즉, 상기 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈(100)은 특정 주파수의 무선 전력 신호에 의하여 발생하는 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합 방식을 이용하여 전력을 전달한다. 여기서, 상기 특정 주파수는 6.765MHz~6.795MHz일 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 무선전력 전송모듈(100)의 송신코일(112)에서 전송한 무선 전력 신호에 의하여 상기 무선전력 수신모듈(10)의 수신코일(12)에서 전자기적 공진이 발생하고, 상기 공진 현상에 의하여 상기 무선전력 전송모듈(100)로부터 상기 무선전력 수신모듈(10) 측으로 전력이 전달된다.
이때, 상기 무선전력 수신모듈(10)은 휴대폰, PDA, PMP, 테블릿, 멀티미디어 기기 등과 같은 휴대용 전자기기에 구비되어 무선전력 전송모듈(100)로부터 전달되는 전력을 상기 휴대용 전자기기의 구동전원으로 제공할 수도 있고, 무선전력 전송모듈(100)로부터 전달되는 전력을 이용하여 상기 휴대용 전자기기의 메인배터리를 충전할 수도 있다.
여기서, 공진은 진동계가 그 고유 진동수와 같은 진동수를 가진 외력을 주기적으로 받아 진폭이 뚜렷하게 증가하는 현상을 말한다. 이와 같은 공진은 일정거리 내에서 떨어져 있는 복수의 진동체들이 서로 동일한 주파수(공진 주파수)로 진동하는 경우, 상기 복수의 진동체들은 상호 공진하며, 이 경우 상기 복수이 진동체들 간에는 저항이 감소하게 된다. 이를 위해, 적어도 하나의 코일 및 커패시터를 사용하여 공진 회로를 구성한다.
이때, 상기 공진 주파수는 회로 내의 인덕턴스 및 커패시턴스에 의하여 하기의 수학식 1과 같이 결정된다.
여기서, f는 공진주파수이고, L은 인덕턴스이며, C는 커패시턴스이다.
코일을 사용하여 자기장을 형성하는 회로에 있어서 상기 인덕턴스는 상기 코일의 회전 수 등에 의하여 결정되고, 상기 커패시턴스는 서로 마주하는 한 쌍의 전극 사이의 간격 또는 면적 등에 의하여 결정될 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈(100)은 공진 결합 방식에 의해 전력을 무선으로 전송할 수 있도록 송신코일(112) 및 상기 송신코일(112)과 연결되고 특정한 공진 주파수를 결정하기 위한 커패시터(114)를 포함할 수 있다.
상기 송신코일(112)은 전원공급부(116)로부터 공급된 전력을 무선 전력 신호로 변환하여 상기 무선전력 수신모듈(10) 측으로 전달한다. 상기 송신코일(112)에 의하여 전달되는 무선 전력 신호는 진동하는 특성을 가진 자기장의 형태로 형성된다.
이를 통해, 상기 송신코일(112)의 인덕턴스 및 커패시터(114)의 커패시턴스를 기초로 특정한 공진 주파수가 결정된다.
여기서, 상기 무선전력 전송모듈(100)은 상기 송신코일(112)에서 무선전력 신호를 생성하기 위해 사용되는 주파수, 인가되는 전압, 전류 등이 특성을 조절할 수 있는 회로들을 더 포함할 수 있다.
일례로, 상기 회로들은 상기 전원공급부(116)에서 공급되는 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터(미도시)를 포함할 수 있다. 이로 인해, 상기 인버터를 통해 변환된 교류전류는 상기 송신코일(112) 및 커패시터(114)를 구동시킴으로써 자기장이 상기 송신코일(112)에서 발생되도록 할 수 있다.
또한, 상기 회로들은 무선전력 수신모듈(10)의 존재를 검출한 결과에 따라 상기 무선전력 수신모듈(10)을 식별하는 과정을 수행하거나, 무선전력 전송을 시작할 것인지의 여부를 결정하거나, 무선전력 신호를 생성하기 위하여 송신코일(112)의 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있는 별도의 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
일례로, 상기 제어부는 상기 무선전력 전송모듈(100)을 포함하는 전자기기의 전력량 정보, 충전상태 정보 및 식별정보 중 적어도 하나 이상을 포함하는 전력 제어 메시지에 따라 상기 무선전력 신호를 생성시키기 위해 사용되는 주파수, 전류, 전압 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다.
한편, 상기 무선전력 수신모듈(10)은 상기 무선전력 전송모듈(100)에서 형성된 자기장에 의하여 공진현상이 일어날 수 있도록 수신코일(12) 및 커패시터(14)를 포함하며, 상기 수신코일(12)의 인덕턴스 및 커패시터(14)의 커패시턴스를 기초로 결정되는 공진 주파수가 상기 송신코일(112)에서 발생하는 자기장의 공진 주파수와 동일하도록 구성된다.
이때, 본 발명에 따른 무선전력 전송모듈(100)은 상기 송신코일(112)에서 발생하는 동작주파수의 중심주파수가 공진 방식으로 무선전력전송이 이루어지는 6.765MHz~6.795MHz의 주파수 범위 내에 위치하여 공진주파수로 작동하도록 상기 송신코일(112)의 인덕턴스를 가변하기 위한 가변 인덕터부(120)가 구비될 수 있다.
통상적으로, 상기 무선전력 전송모듈(100)의 경우 대량의 단위로 양산되기 때문에 공진을 위한 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 범위를 벗어날 확률이 매우 높게 된다. 만약, 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 범위를 벗어나게 되면 중심주파수에 비하여 상대적으로 진폭이 작은 주파수가 공진주파수로 작동함으로써 방사 손실이 증가하여 결국은 전력전송효율이 떨어지게 된다.
또한, 무선전력전송시 상기 무선전력 수신모듈과 무선전력 전송모듈의 위치가 지나치게 가까울 경우 6.765MHz~6.795MHz의 범위에서 스플릿 현상이 발생되어 전력전송효율이 떨어지게 된다.
본 발명에서는 이를 해결하기 위하여 가변 인덕터부(120)를 통하여 송신코일(112)의 인덕턴스를 가변시켜 동작주파수의 중심주파수가 소정의 주파수 범위 내에 위치하여 공진주파수로 작동하도록 함으로써 무선전력 전송효율을 높일 수 있도록 한다.
이를 위해, 상기 가변 인덕터부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 중공형의 자성체코어(126)와, 상기 자성체코어(126)의 외주면을 따라 복수 회 권선되는 가변코일(122) 및 상기 자성체코어(126)에 상기 가변코일(122)의 권선방향과 다른 방향으로 복수 회 권선되는 제어코일(124)을 포함한다.
이때, 상기 제어코일(124)은 상기 가변코일(122)의 권선방향과 수직한 방향으로 상기 자성체코어(126)에 권선되도록 한다. 이는, 제어코일(124)의 전류가 가변코일(122)의 자기포화에 영향을 최소화할 수 있도록 하기 위함이다.
여기서, 상기 가변코일(122)은 상기 송신코일(112)과 직렬 연결된다.
본 발명자들은 예의 실험을 반복한 결과 상기 가변코일(122) 및 제어코일(124)이 상기 자성체코어(126)에 서로 수직한 방향으로 권선되는 경우 가변코일(122)에서의 인덕턴스는 제어코일(124)에 흐르는 전류량의 변화시 가변되나 가변코일(122)에 흐르는 전류의 변화시에는 일정하게 유지되는 것을 하기의 표 1에서와 같이 확인할 수 있었다.
이는, 상기 자성체코어(126)의 외주면에 권선되는 가변코일(122)은 상기 자성체코어(126)의 투자율과 독립적이고, 상기 자성체코어(126)에 상기 가변코일(122)의 권선방향과 수직한 방향으로 권선되는 제어코일(124)은 상기 자성체코어(126)의 투자율에 종속되기 때문이다.
상기 표 1에서 첫번째 행은 상기 가변코일(122)에 흐르는 전류량을 나타내고, 첫번째 열은 상기 제어코일(124)에 흐르는 전류량을 나타내며, 나머지 칸은 상기 가변코일(122)에서의 인덕턴스 값을 나타낸다.
이에 따라, 상기 가변코일(122) 및 제어코일(124)이 상기 자성체코어(126)에 서로 수직한 방향으로 권선되고 상기 가변코일(122)과 송신코일(112)이 직렬연결되는 경우 상기 제어코일(124) 측으로 공급되는 전류량을 변화시키면 상기 가변코일(122) 측의 인덕턴스가 변화되고, 가변코일(122)의 인덕턴스 변화에 의해 가변코일(122)의 인덕턴스와 송신코일(112)의 인덕턴스를 합한 무선전력 전송모듈(100) 전체의 인덕턴스 역시 변화된다.
여기서, 상기 제어코일(124) 측으로 공급되는 전류는 가변 인덕터부(120)와 전기적으로 연결된 전원공급부(128)를 통해 제공된다.
이때, 본 발명에 따른 가변 인덕터부(120)는 필요시 보정신호를 생성하여 상기 제어코일(124) 측으로 공급되는 전류량을 변화시킬 수 있도록 전류가변부(130)를 더 포함한다.
이러한 전류가변부(130)는 보정신호에 의해 상기 전원공급부(128)를 제어하여 상기 제어코일(124) 측으로 공급되는 전류량을 제어한다.
이를 위해, 상기 전류가변부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 커플러(131), 소스검출부(132) 및 비교기(133)를 포함한다.
여기서, 상기 커플러(131)는 상기 송신코일(112)과 커플링되어 송신코일(112)의 주파수 및 위상을 검출하기 위한 구성이며, 상기 소스검출부(132)는 상기 전원공급부(116)와 전기적으로 연결되어 상기 전원공급부(116)의 주파수 및 위상을 검출하기 위한 것이다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 비교기(133)는 상기 커플러(131)를 통해 검출된 송신코일(112)의 주파수 및 위상에 대한 정보와 상기 소스검출부(132)를 통하여 검출된 전원공급부(116)의 주파수 및 위상에 대한 정보를 비교함으로써 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 주파수대역에 위치하는지의 여부와 6.765MHz~6.795MHz의 주파수대역에서 스플릿이 발생하는지의 여부를 판단하게 된다.
이를 통해, 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 주파수대역을 벗어나거나 6.765MHz~6.795MHz의 주파수대역에서 스플릿이 발생한 경우에는 상기 비교기(133)에서 보정신호를 생성하여 상기 전원공급부(128)로부터 상기 제어코일(124)측에 공급되는 전류량을 변화시키게 된다.
즉, 상기 비교기(133)에서 보정신호가 생성되는 경우 상기 보정신호에 따라 상기 전원공급부(128)로부터 제어코일(124) 측에 공급되는 전류량이 가변됨으로써 가변코일(122)의 인덕턴스가 변화되어 무선전력 전송모듈(100) 전체의 인덕턴스가 변화된다.
이에 따라, 상기 송신코일(112)에서 전송한 무선 전력 신호에 의하여 상기 수신코일(12)에서 발생하는 전자기적 공진은 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz 범위에 위치하여 공진주파수로 작동하도록 변경되거나 동작주파수의 중심주파수 중 스플릿이 발생하지 않은 최대의 진폭을 갖는 부분이 6.765MHz~6.795MHz의 주파수대역 내로 위치하도록 변경하여 공진주파수로 작동할 수 있도록 함으로써 전체적인 전력전송효율을 높일 수 있게 된다
이는, 도 5a 및 도 5b에 도시된 그래프를 통해 확인할 수 있다.
즉, 도 5a에 도시된 바와 같이 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 주파수대역에서 벗어난 경우 비교기(133)에서 생성되는 보정신호에 의해 상기 제어코일(124)에 공급되는 전류량이 변화됨으로써 가변코일(122)의 인덕턴스가 변화된다. 이에 따라, 상기 무선전력 전송모듈(100)의 전체 인덕턴스가 변화됨으로써 상기 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 주파수대역 내로 위치하도록 변경하여 공진주파수로 작동할 수 있게 된다.
또한, 도 5b에 도시된 바와 같이 6.765MHz~6.795MHz의 주파수대역에서 스플릿이 발생한 경우에도 비교기(133)에서 생성되는 보정신호에 의해 상기 제어코일(124)에 공급되는 전류량이 변화됨으로써 가변코일(122)의 인덕턴스가 변화된다. 이에 따라, 상기 무선전력 전송모듈(100)의 전체 인덕턴스가 변화됨으로써 상기 동작주파수의 중심주파수 중 스플릿이 발생하지 않은 최대의 진폭을 갖는 부분이 6.765MHz~6.795MHz의 주파수대역 내로 위치하도록 변경하여 공진주파수로 작동할 수 있게 된다.
여기서, 도 5a 및 도 5b에서 검정색은 상기 제어코일(124)에 의해 동작주파수의 중심주파수의 위치가 보정된 상태의 주파수를 나타내고, 빨간색 및 초록색은 상기 제어코일(124)에 전원이 공급되지 않은 초기상태의 주파수를 나타낸다.
이때, 상기 가변코일(122)은 0.5μH ~ 5μH의 범위의 인덕턴스를 갖는 코일이 사용되고, 상기 제어코일(124)은 5μH ~ 300μH의 범위의 인덕턴스를 갖는 코일이 사용되며, 상기 제어코일(124)의 인덕턴스는 0.00001μH ~ 3μH의 범위에서 가변되도록 설정된다.
더불어, 상기 자성체코어(126)는 6.765MHz~6.795MHz의 주파수대역에서 투자율이 100~350이고, Tanㅿ(=μ"/μ')가 0.05이하인 특성을 갖는 자성체가 사용된다(여기서, μ'은 투자율이고, μ"은 투자손실률임).
이때, 상기 자성체는 상술한 특성을 만족하는 것이면 모두 사용될 수 있다.
일례로, 상기 자성체는 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본, 폴리머, 페라이트 등이 사용될 수 있으며, Ni-Zn 페라이트가 사용될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 가변인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈(100)은 가변 인덕터부(120)를 통하여 전체 인덕턴스를 가변시켜 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 주파수대역에 위치하도록 간편하게 보정하여 공진주파수로 작동하도록 함으로써 방사손실을 줄여 전체적인 전력전송효율을 높일 수 있게 된다.
삭제
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
삭제
100 : 가변인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈
112 : 송신코일 114 : 커패시터
116 : 전원공급부 120 : 가변 인덕터부
122 : 가변코일 124 : 제어코일
126 : 자성체코어 127 : 증폭기
128 : 전원공급부 130 : 전류가변부
131 : 커플러 132 : 소스검출부
133 : 비교기
112 : 송신코일 114 : 커패시터
116 : 전원공급부 120 : 가변 인덕터부
122 : 가변코일 124 : 제어코일
126 : 자성체코어 127 : 증폭기
128 : 전원공급부 130 : 전류가변부
131 : 커플러 132 : 소스검출부
133 : 비교기
Claims (7)
- 동작주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 범위에서 공진방식으로 작동하는 무선전력 전송모듈로서,
전력을 무선으로 전송하기 위한 송신코일;
상기 송신코일과 연결되어 상기 송신코일의 공진주파수를 결정하기 위한 커패시터; 및
상기 송신코일과 전기적으로 연결되고, 상기 송신코일의 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz 범위내에 위치하여 작동하도록 전체 인덕턴스를 가변하기 위한 가변 인덕터부를 포함하고,
상기 가변 인덕터부는 중공형의 자성체코어와 상기 자성체코어의 외주면을 따라 복수 회 권선되는 가변코일 및 상기 자성체코어에 상기 가변코일의 권선방향과 다른 방향으로 복수 회 권선되는 제어코일을 포함하며,
상기 자성체코어는 6.765MHz~6.795MHz의 주파수범위에서 투자율이 100~350이고, Tanㅿ(=μ"/μ')가 0.05 이하이고,
상기 가변코일은 0.5μH ~ 5μH의 범위의 인덕턴스를 갖는 코일이고, 상기 제어코일은 5μH ~ 300 μH의 범위의 인덕턴스를 갖는 코일이며, 상기 제어코일의 인덕턴스는 0.00001μH ~ 3 μH의 범위에서 가변되도록 설정되는 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈. (여기서, μ'은 투자율이고, μ"은 투자손실률임) - 제1항에 있어서,
상기 자성체코어에 권선되는 상기 제어코일의 권선방향은 상기 자성체코어에 권선되는 상기 가변코일의 권선방향과 수직한 방향인 가변 인덕터를 갖는 무선전력 전송모듈. - 삭제
- 삭제
- 동작주파수가 6.765MHz~6.795MHz의 범위에서 공진방식으로 작동하는 무선전력 전송모듈로서,
전력을 무선으로 전송하기 위한 송신코일;
상기 송신코일과 연결되어 상기 송신코일의 공진주파수를 결정하기 위한 커패시터; 및
상기 송신코일과 전기적으로 연결되고, 상기 송신코일의 동작주파수의 중심주파수가 6.765MHz~6.795MHz 범위내에 위치하여 작동하도록 전체 인덕턴스를 가변하기 위한 가변 인덕터부를 포함하고,
상기 가변 인덕터부는 중공형의 자성체코어와 상기 자성체코어의 외주면을 따라 복수 회 권선되는 가변코일 및 상기 자성체코어에 상기 가변코일의 권선방향과 다른 방향으로 복수 회 권선되는 제어코일을 포함하며,
상기 가변 인덕터부는 보정신호를 생성하여 상기 제어코일로 공급되는 전류량을 변화시키는 전류가변부를 더 포함하되,
상기 자성체코어는 6.765MHz~6.795MHz의 주파수범위에서 투자율이 100~350이고, Tanㅿ(=μ"/μ')가 0.05 이하이고,
상기 전류가변부는 상기 송신코일과 커플링되어 상기 송신코일의 주파수 및 위상을 검출하는 커플러와, 전원공급부와 전기적으로 연결되어 상기 전원공급부의 주파수 및 위상을 검출하는 소스검출부 및 상기 커플러를 통해 검출된 상기 송신코일의 주파수 및 위상과 상기 소스검출부를 통해 검출된 상기 전원공급부의 주파수 및 위상을 비교하여 상기 제어코일로 공급되는 전류량을 가변하기 위한 보정신호를 생성하는 비교기를 포함하는 무선전력 전송모듈. (여기서, μ'은 투자율이고, μ"은 투자손실률임) - 삭제
- 삭제
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