KR102549256B1 - 컵 모양의 무선충전 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컵 모양의 무선충전 구조체에 관한 것으로, 무선을 전력을 공급하기 위한 자기공진방식의 송신코일이 매립될 수 있는 측면부가 원기둥의 형상으로 형성되는 곡면형 구조체; 및 상기 곡면형 구조체의 중심축을 기준으로 동일한 중심각을 가지도록 하여 상기 측면부에 매립되는 형태로 형성되는 하나 이상의 전력송신부;를 포함하고, 상기 전력송신부는, 상기 송신코일에 의해 상기 곡면형 구조체의 내측 방향으로 무선 전력 송신을 위한 전자기장을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

컵 모양의 무선충전 구조체{Cup-shaped magnetic resonance coil structure for wireless charging of devices}

본 발명은 컵 모양의 무선충전 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선으로 전력을 공급하기 위한 자기공진 방식의 송신 코일이 컵 모양의 구조체의 외주면에 형성되며, 구조체의 중심축을 기준으로 동일한 중심각을 가지도록 배열되어 전력을 수신하는 전력수신부가 어느 방향에서나 일정한 전력을 공급받는 것이 가능한 컵 모양의 무선충전 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 우리 주변에서 사용하는 스마트폰을 포함하는 전자기기는 배터리를 충전하여 기기를 사용할 수 있으며, 산업이 발전함에 따라 배터리를 충전하기 위한 전력의 공급이 무선 방식으로 사용이 가능하다.

전력을 공급하기 위한 선을 연결하지 않은 상태에서 전력을 공급하는 방식은 크게 자기유도방식, 자기공진방식(자기공명 방식) 또는 전자기파 전송 방식을 포함할 수 있다.

현재까지 대부분의 스마트폰 기기에 무선으로 전력을 공급하는 방식은 자기유도방식이 채택되고 있으나, 자기유도방식은 전력을 공급할 수 있는 전송 거리가 짧아 전력을 공급하기 위한 송신코일과 공급받는 수신코일이 상당히 가까운 거리에 근접한 상태에서 사용해야 하기 때문에 송신코일과 수신코일이 서로 간의 위치 정합성이 매우 민감하다.

또한, 전자기파 전송 방식은 전력의 전송 효율이 높지 않으며, 인체에 대한 유해성이 자기유도방식이나 자기공진방식에 비해 크기 때문에 일상 생활에서 사용하기에는 적절하지 않다.

이러한 문제를 해결하기 위해 자기공진방식의 무선충전 구조체에 관한 연구가 지속되고 있으나, 전력을 공급하기 위한 공진코일의 형상에 따라서 무선으로 전력을 공급하는 효율이 크게 차이날 수 있는 가능성이 있다.

한편, 스마트 기기의 무선충전장치의 예로써, 한국공개특허 제10-2016-0050445호 '무선충전장치'에서는 중심영역 및 상기 중심영역의 둘레에 공진 코일패턴이 형성된 주변영역을 포함하는 제1인쇄회로기판, 자기유도 코일조립체, 상기 중심영역과 중첩되게 상기 자기유도 코일조립체가 결합 배치된 제2 인쇄회로기판 및 상기 제1, 2 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되며, 상기 공진 코일패턴 미 상기 자기유도 코일조립체로 전원을 공급하여, 무선전력신호가 송신되게 제어하는 제어모듈이 실장된 제3 인쇄회로기판을 포함하는 무선충전장치가 기재되어 있다.

그러나, 상기와 같은 제10-2016-0050445호와 같은 무선충전장치는 자기유도 코일조립체의 자기유도방식을 이용한 무선충전방식의 장치가 개시되어 있을 뿐, 자기공진방식을 이용한 무선충전장치에 대한 다른 어떠한 수단도 기재되지 않았다.

또한, 한국등록특허 제10-1522572호 '휴대기기용 무선충전 배터리장치'에서도 휴대기기의 일측에 형성된 배터리장착홈에 삽입되고, 외부에서 공급되는 자기장에 의해 유도전력을 발생시키는 하나 이상의 충전유도코일; 상기 충전유도코일과 연결되어 발생된 유도전력을 제어하는 충전회로판; 상기 충전회로판과 전기적으로 연결되는 배터리셀; 및 상기 배터리셀과 전기적으로 연결되어 상기 휴대기기에 접속되는 휴대기기접속단자를 포함하는 휴대기기용 무선충전 배터리장치가 개시되어 있으나, 상기의 제10-1522572호와 같은 종래의 특허에서도 자기공진방식을 이용하여 스마트폰을 포함하는 스마트 기기를 무선으로 충전하기 위한 다른 어떠한 수단도 기재되지 않았다.

따라서, 스마트 기기의 무선충전을 원활히 하기 위하여 무선으로 전력을 공급하는 효율이 저하되지 않는 공진코일구조가 형성되는 무선충전 구조체의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로, 컵 모양의 원기둥 구조의 곡면을 따라서 형성되는 세 쌍의 전력송신부가 중심축을 기준으로 일정한 간격으로 배열되어, 전력수신부의 위치에 따른 무선 전력 공급의 효율이 차이가 발생하지 않도록 형성되며, 전력을 공급하기 위한 자기공진코일이 스파이럴 구조로 형성되어 자기공진을 통한 무선 전력 공급의 효율을 증가시키도록 하는 컵 모양의 무선충전 구조체를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체는, 측면부가 원기둥의 형상으로 형성되는 곡면형 구조체; 및 상기 곡면형 구조체의 중심축을 기준으로 동일한 중심각을 가지도록 하여 상기 측면부에 매립되는 형태로 형성되는 홀수개의 전력송신부;를 포함하고, 상기 전력송신부는, 무선으로 전력을 공급하기 위한 자기공진방식의 송신코일에 의해 상기 곡면형 구조체의 내측 방향으로 무선 전력 송신을 위한 전자기장을 형성할 수 있다.

이때, 상기 전력송신부는, 상기 송신코일의 외측을 둘러싸는 사각형의 구조로 상기 측면부에 매립되어 외부로부터 공급받은 전력을 상기 송신코일로 전달하는 소스코일;을 포함하고, 상기 소스코일은, 자기유도방식으로 상기 송신코일에 전력을 공급할 수 있다.

이때, 상기 홀수개로 형성되는 전력송신부는, 상기 송신코일과 소스코일이 한 쌍으로 마련되는 상기 전력송신부가 세 쌍이 마련되어 상기 측면부에 배열될 수 있다.

또한, 상기 송신코일은 상기 소스코일의 내측 부분에 스파이럴 구조로 배열되어 상기 측면부에 매립되는 형태로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체는 상기 전력송신부에서 상기 곡면형 구초제의 내측방향으로 송신하는 무선 전력을 수신하기 위한 수신코일과 상기 수신코일에서 수신하는 전력을 외부에 공급하도록 형성되는 로드코일을 포함하는 전력수신부;를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 수신코일은, 상기 송신코일에서 자기공진방식으로 전달하는 전력을 수신하며, 사각 스파이럴 구조로 형성되고, 상기 로드코일은, 상기 수신코일로부터 자기유도방식으로 전력을 전달받으며, 상기 수신코일의 외측을 둘러싸는 사각형의 형상으로 형성될 수 잇다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체의 상기 곡면형 구조체는, 상기 측면부의 바깥 부분으로 형성되는 차단부;를 포함하고, 상기 차단부는, 상기 전력송신부에서 형성되는 전자기장이 상기 곡면형 구조체의 외측 방향으로 방출되지 않도록 전자기장을 차단할 수 있다.

또한, 상기 곡면형 구조체는, 내측 방향으로 형성되는 전자기장을 보완하기 위하여 바닥면에 매립되는 보조송신부;를 포함하고, 상기 보조송신부는, 상기 곡면형 프레임의 바닥면에 원형의 헬리컬 구조로 매립될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체는, 무선으로 전력을 공급하기 위한 자기공진코일이 컵 모양의 구조로 형성되며, 소스코일과 송신코일이 한 쌍으로 마련되는 전력공급부가 구조체의 중심축을 기준으로 동일한 중심각을 가지도록 배열되어 전력을 수신하는 전력수신부의 위치에 영향을 받지 않고 일정한 전력을 공급할 수 있는 장점이 있다.

또한, 전력공급부의 송신코일과 전력수신부의 수신코일이 스파이럴 구조로 형성되어 무선으로 전력을 공급하는 효율을 증가시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체의 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체의 전력송신부의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 전력송신부의 송신코일과 소스코일을 정면에서 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체의 전력수신부에 마련되는 수신코일과 로드코일을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 전력수신부가 도 2의 전력송신부에 형성되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체의 곡면형 구조체에 차단부가 형성되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체의 곡면형 구조체의 바닥면에 보조송신부가 형성되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체에 대하여 공진주파수 13.56MHz에서 전력수신부의 x축 각도에 따른 전력전송효율을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체에 대하여 공진주파수 13.56MHz에서 전력수신부의 z축 각도에 따른 전력전송효율을 보여주는 그래프이다.
도 10은 전력송신부와 전력수신부의 거리 차이에 따른 전력전송효율을 보여주는 그래프이다.
도 11는 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체에 대하여 전력수신부의 x축 각도가 60도일 때의 전력전송효율을 네트워크분석기로 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 12는 전력수신부의 z축 각도가 300도일 때의 전력전송효율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 13은 전력송신부와 전력수신부의 거리차이가 5 mm일 때의 전력전송효율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.

이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 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.

이하, 도 1 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체의 모습을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체의 전력송신부의 구조를 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2의 전력송신부의 송신코일과 소스코일을 정면에서 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체의 전력수신부에 마련되는 수신코일과 로드코일을 보여주는 도면이고, 도 5는 도 4의 전력수신부가 도 2의 전력송신부에 형성되는 모습을 보여주는 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체(1)는 곡면형 구조체(100)와 전력송신부(200)를 포함하여 구성될 수 있다.

곡면형 구조체(100)는 측면부가 원기둥의 형상으로 형성되어 전력송신부(200)가 매립될 수 있는 구조를 제공하기 위하여 마련되는 것으로, 측면부가 곡면형 구조체(100)의 중심축을 기준으로 동일한 곡률을 가지는 형태로 형성될 수 있다.

이때, 곡면형 구조체(100)는 무선으로 전력을 공급하기 위한 전력송신부(200)에서 발생하는 전자기장의 흐름을 방해하지 않는 소재로 형성될 수 있으며, 전력송신부(200)간의 구조가 일정간격으로 유지될 수 있도록 할 수 있다.

전력송신부(200)는 외부로부터 공급되는 전력을 이용하여 비접촉 방식으로 전력을 공급하기 위하여 마련될 수 있으며, 소스코일(220)과 송신코일(210)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 전력송신부(200)는 곡면형 구조체(100)의 측면부(110)에 매립되는 형태로 형성되어 소스코일(220)과 송신코일(210)이 일정한 구조를 형성하도록 할 수 있으며, 전력송신부(200)가 곡면형 구조체(100)의 측면부(110)에 매립되는 형태는 측면부(110)의 내측면과 외측면 사이에 배치되는 것을 의미할 수 있다.

이때, 측면부(110)에 매립되는 전력송신부(200)는 곡면형 구조체(100)의 중심축을 기준으로 홀수개의 전력송신부(200)가 동일한 중심각을 형성하는 형태로 배치되어 매립될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전력송신부(200)는 상기에 설명한 바와 같이 곡면형 구조체(100)의 측면부(110)에 매립될 수 있으나, 전력송신부(200)가 형성되는 위치는 이에 한정되지 아니하고, 측면부(110)의 내측면에 부착되는 형태 또는 외측면에 부착되는 형태로 형성될 수도 있다.

즉, 곡면형 구조체(100)는 홀수개로 마련되는 전력송신부(200)가 하나의 중심축으로부터 동일한 중심각을 가지면서 일정한 간격으로 배열되는 형태의 코일구조를 형성하도록 지지하는 것이며, 전력송신부(200)의 송신코일(210)과 소스코일(220)이 형성되는 구조를 유지할 수 있는 다른 매개체로도 구성될 수도 있다.

이때, 바람직하게는 홀수개로 마련되는 전력송신부(200)는 송신코일()과 소스코일()으로 이루어지는 세 쌍의 전력송신부(200)가 측면부(110)에 매립되도록 할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체(1)는 곡면형 구조체(100)의 측면부(110)에 홀수개의 전력송신부(200)가 중심축을 기준으로 동일한 중심각을 가지도록 배열되나, 바람직하게는 세 개의 전력송신부(200)가 동일한 중심각을 가지도록 배열되는 형태로 형성될 수 있으며, 각각의 전력송신부(200)간의 간격이 벌어지지 않도록 형성될 수 있다.

이때, 곡면형 구조체(100)에 매립되는 전력송신부(200)는 외부로부터 전력을 공급받는 소스코일(220)이 송신코일(210)에 전력을 전달할 수 있으며, 소스코일(220)로부터 전력을 전달받은 송신코일(210)은 곡면형 구조체(100)의 내측방향 즉, 전력송신부(200)가 형성되는 구조의 중심축 방향으로 무선 전력 공급을 위한 전자기장이 형성되도록 할 수 있다.

소스코일(220)은 외부와 연결되는 전력공급선 또는 전원선에 의해 전력을 공급받을 수 있으며, 전력공급선 또는 전원선은 곡면형 구조체(100)의 측면부(110)에 연결되도록 하여 소스코일(220)과 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고, 곡면형 구조체(100)의 바닥면이나 측면부(110)의 일측에 전력이 저장되는 배터리가 구비되어 소스코일(220)로 전력을 공급하는 것이 가능하다.

도 2 내지 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전력송신부(200)는 곡면형 구조체(100)의 측면부(110)에 매립되는 송신코일(210)에 대하여 소스코일(220)이 송신코일(210)의 외측부분을 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다.

이때, 후술하겠지만, 하나의 송신코일(210)은 사각의 스파이럴 구조로 형성될 수 있으며, 소스코일(220)은 송신코일(210)의 외측부분에 사각형의 구조로 형성되며, 송신코일(210)과 일정한 간격을 유지하도록 배치될 수 있다.

외부로부터 전력을 공급받은 소스코일(220)은 송신코일(210)에 무선으로 전력을 전달할 수 있으며, 소스코일(220)은 자기유도방식으로 송신코일(210)에 전력을 공급하도록 할 수 있다.

이때, 소스코일(220)과 송신코일(210)은 0.1 mm 내지 6 mm의 범위 이내의 간격을 유지하도록 하여 자기유도방식에 의한 무선전력공급이 원활하게 수행되도록 할 수 있으나, 소스코일(220)과 송신코일(210)의 사이의 간격은 이에 한정되지 아니하고, 자기유도방식에 의해 전력을 공급할 수 있는 거리인 경우에 다양하게 배치되도록 할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체(1)는 다수의 전력송신부(200)가 곡면형 구조체(100)의 중심축을 기준으로 동일한 중심각을 가지도록 하여 측면부(110)에 배치되어 원기둥의 구조를 형성할 수 있다.

더 자세하게는, 송신코일(210)과 소스코일(220)이 한 쌍을 이루는 전력송신부(200)는 정면에서 바라볼 때에 평면의 사각형 구조로 보이도록 형성되나, 측면에서 바라보게 되면 곡면형 구조체(100)의 중심축을 기준으로 일정한 곡률을 형성하도록 휘어진 형태로 형성될 수 있다.

다시 말하자면, 하나의 전력송신부(200)는 수직방향이 직선의 형태로 형성되며, 수평방향이 일정한 곡률을 가지는 형태로 형성될 수 있고, 하나 이상의 전력송신부(200)가 중심축으로부터 동일한 간격으로 이격되도록 하여 나란히 배열되었을 때에 동일한 곡률을 형성하도록 할 수 있다.

바람직하게는, 전력송신부(200)는 곡면형 구조체(100) 측면부(110)가 나타내는 곡률과 동일한 곡률을 가지도록 형성될 수 있으며, 곡면형 구조체(100)의 측면부(110)에는 세 쌍의 전력송신부(200)가 동일한 중심각을 가지도록 하여 매립될 수 있다.

이때, 각각의 전력송신부(200)는 서로 간에 일정한 간격을 가지도록 형성될 수 있으나, 바람직하게는 서로가 인접하게 형성되어 전력송신부(200)에 의해 형성되는 구조에서 빈 공간이 발생하지 않도록 할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체(1)는 송신코일(210)과 소스코일(220)이 한 쌍을 이루는 전력송신부(200)가 하나의 중심축을 기준으로 삼면을 형성하도록 하며, 각각의 전력송신부(200)의 곡률이 하나의 원기둥 형상으로 형성되도록 하나의 구조체를 형성할 수 있다.

이때, 전력송신부(200)의 크기는 한정되지 아니하고, 형성하고자 하는 크기에 따라 달라질 수 있으며, 하나의 중심축으로부터 이격되는 거리를 멀리하여 구조체를 크게 형성하거나, 이격되는 거리를 좁게 하여 구조체를 작게 형성하는 것도 가능하다.

또한, 수직방향과 수평방향에 대하여도 크기를 조절하도록 하여 원기둥의 형상이 수직방향으로 길게 형성될 수도 있다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체(1)의 송신코일(210)은 곡면형 구조체(100)의 측면부(110)에 스파이럴 구조로 매립될 수 있다.

이때, 송신코일(210)은 소스코일(220)이 형성되는 사각형의 구조 내측에서 직각으로 꺾이는 형태의 사각 스파이럴 구조로 형성될 수 있으며, 매립되는 송신코일(210)은 스파이럴 구조 간의 간격에 따라서 길이를 다양하게 정하도록 할 수 있다.

또한, 송신코일(210)은 사각 스파이럴 구조로 형성될 수 있으나, 원형의 스파이럴 구조로도 형성되는 것이 가능하며, 헬리컬 구조로도 형성될 수도 있다.

도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체(1)는 전력송신부(200)로부터 전력을 수신하기 위한 전력수신부(300)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

전력수신부(300)는 전력송신부(200)로부터 전달되는 전력을 수신하기 위하여 마련될 수 있으며, 수신코일(310)과 로드코일(320)을 포함하여 구성될 수 있다.

수신코일(310)은 사각의 스파이럴 구조로 형성될 수 있으며, 로드코일(320)은 사각 스파이럴 구조로 형성되는 수신코일(310)의 외측 부분을 감싸는 사각형의 형상으로 형성될 수 있다.

이때, 수신코일(310)과 로드코일(320)을 한 쌍으로 하여 형성되는 전력수신부(300)는 전력송신부(200)와 달리 평면의 판형 구조로 형성될 수 있다.

수신코일(310)은 송신코일(210)에서 자기공진방식을 통해 무선으로 전달하는 전력을 수신할 수 있으며, 송신코일(210)로부터 전달받은 전력을 자기유도방식으로 로드코일(320)에 전송하도록 형성될 수 있다.

이때, 수신코일(310)과 로드코일(320)은 자기유도방식에 의한 전력의 공급이 원활하게 수행될 수 있도록 서로간에 0.1 mm 내지 6 mm의 간격을 유지하도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고, 송신코일(210)로부터 전달받은 전력을 로드코일(320)로 전송하는 과정에서 손실이 발생하지 않는 간격 범위 내에서 다양하게 형성될 수 있다.

이때, 로드코일(320)은 전력을 사용하기 위한 스마트 기기 또는 충전배터리 등과 연결되어 전달받은 전력을 연결된 기기로 전달하도록 할 수 있다.

즉, 전력수신부(300)는 전력을 사용하기 위한 기기에 부착되거나, 매립된 상태로 형성될 수 있으며, 로드코일(320)이 외부의 기기와 연결되어 전력을 공급하도록 형성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체의 곡면형 구조체에 차단부가 형성되는 모습을 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체(1)의 곡면형 구조체(100)는 측면부(110)의 외측면으로 차단부(111)를 포함하여 형성될 수 있다.

차단부(111)는 측면부(110)의 내측에 매립되는 전력송신부(200)로부터 발생하는 전자기장이 곡면형 구조체(100)의 외측 부분을 향해 방출되는 것을 방지하도록 할 수 있다.

이때, 차단부(111)는 전력송신부(200)에서 발생하는 전자기장을 차폐할 수 있는 소재로 형성될 수 있으며, 전자기장의 차폐가 가능한 금속재질이나 탄소복합소재를 활용할 수도 있고, 나노복합소재를 이용하여 차단부(111)를 형성할 수도 있다.

또한, 차단부(111)는 곡면형 구조체(100)의 외측면으로 전자기장이 방출되지 못하도록 필름을 부착하는 형태로 형성될 수도 있다.

예컨대, 전자기장을 차단할 수 있는 금속이나 탄소소재 또는 고분자 나노 소재를 이용하여 피막층을 형성하고, 측면부(110)의 외측면으로 부착이 가능한 형태의 필름으로 마련하여 차단이 필요한 부분에 부착하는 방식으로 전력송신부(200)에서 발생하는 전자기장이 외부로 방출되지 않도록 할 수 있다.

이때, 차단부(111)는 곡면형 구조체(100)의 측면부(110) 외측면을 모두 감싸는 형태 즉, 외측 방향에 노출되는 모든 면으로 형성될 수 있으며, 더 자세하게는, 측면부(110)의 외측면으로 한 층의 막이 형성되는 형태로 형성될 수 있다.

또한, 차단부(111)는 곡면형 구조체(100)의 바닥면 하부에도 형성될 수 있다.

다시 말하면, 차단부(111)는 곡면형 구조체(100)의 측면부(110) 내측면을 제외한 모든 면에 형성되도록 하여 전력송신부(200)의 송신코일(210)로부터 발생하는 전자기장이 곡면형 구조체(100)의 내측 방향으로만 형성되도록 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체의 곡면형 구조체의 바닥면에 보조송신부가 형성되는 모습을 보여주는 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체(1)는 원기둥 형상으로 형성되는 곡면형 구조체(100)의 바닥면 즉, 지면과 접하는 면으로 보조송신부(400)를 더 포함하여 형성될 수 있다.

보조송신부(400)는 자기공진방식으로 전력을 무선 공급할 수 있는 보조송신코일(410)과 보조송신코일(410)에 전력을 전달하는 보조소스코일(420)을 포함하여 구성될 수 있으며, 전력송신부(200)와 전력을 공급받고, 무선으로 전달하는 방식이 유사하게 작용할 수 있다.

다만, 보조송신부(400)는 전력송신부(200)에 의해 형성되는 컵 모양의 구조에서 바닥면에 위치하도록 형성될 수 있으며, 보조송신코일(410)과 보조소스코일(420)이 한 쌍으로 마련되는 보조송신부(400)의 전체 형상이 원형의 판형구조로 형성될 수 있다.

이때, 보조송신부(400)는 곡면형 구조체(100)의 바닥면에 매립되는 형태로 형성될 수 있으며, 바닥면의 내측면에 부착되는 형식으로 형성될 수도 있다.

이때, 보조송신부(400)는 원형의 판형 구조로 형성될 수 있으나, 곡면형 구조체(100)의 바닥면이 형성되는 형상에 따라서 일정 곡률이 형성되는 곡면의 형태로도 형성될 수도 있다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체에 대하여 공진주파수 13.56MHz에서 전력수신부의 x축 각도에 따른 전력전송효율의 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체에 대하여 공진주파수 13.56MHz에서 전력수신부의 z축 각도에 따른 전력전송효율의 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이고, 도 10은 전력송신부와 전력수신부의 거리 차이에 따른 전력전송효율의 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이고, 도 11는 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체에 대하여 전력수신부의 x축 각도가 60도일 때의 전력전송효율을 네트워크분석기로 측정한 결과를 보여주는 그래프이고, 도 12는 전력수신부의 z축 각도가 300도일 때의 전력전송효율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이고, 도 13은 전력송신부와 전력수신부의 거리차이가 5 mm일 때의 전력전송효율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.

도 8 내지 도 13을 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체(1)는 원기둥의 형상으로 형성되는 전력송신부(200)의 구조 내측으로 마련되는 전력수신부의 위치나 배열상태에 따라서 자기공진방식으로 무선공급되는 전력의 전력전송효율의 편차가 크지 않은 것을 확인할 수 있다.

도 8을 참조하면, 자기공진방식에 의해 전력송신부(200)로부터 전력수신부(300)가 전력을 공급받는 전력전송효율에 대하여 전력수신부(300)의 x축 각도에 따른 시뮬레이션을 진행한 결과, x축 각도가 40도 내지 90도의 범위를 형성할 때에 전력전송효율이 80% 내지 90%인 것으로 나타났으며, 전력수신부(300)의 z축 각도에 따른 전력전송효율을 시뮬레이션한 결과, z축의 각도가 0도에서 330도의범위에 대하여 80%이상의 전력전송효율이 나타나는 것으로 확인되었다.

이때, 전력수신부(300)의 x축이 0도인 상태는 전력수신부(300)의 송신코일(210)과 전력송신부(200)의 수신코일(310)이 서로 정렬된 상태를 의미하며, 전력수신부(300)의 z축이 0도인 상태는 전력수신부(300)가 전력송신부(200)로 형성되는 구조 내측에서의 방향성을 나타낼 수 있다.

또한, 도 10을 참조하면, 전력송신부(200)로부터 전력수신부(300)가 이격되는 거리에 다른 전력송신효율에 대하여 시뮬레이션한 결과, 전력수신부(300)가 전력송신부(200)로부터 이격되는 거리가 5 mm 이상 45 mm이하의 범위 즉, 시뮬레이션을 진행한 범위 영역에서 85% 내지 95%의 전력전송효율이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

상기와 같은 도 8 내지 도 10의 전력수신부(300)의 위치 및 방향에 따른 전력전송효율의 결과를 통해 전력수신부(300)가 세 쌍의 전력송신부(200)로 이루어지는 원기둥의 구조 내에서 어떠한 정렬 상태에 있더라도 무선전력 공급의 효율이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 11 내지 도 13에서와 같이 x축의 정렬각도와 z축의 정렬각도를 달리하여 네트워크 분석기를 이용하여 전력전송효율을 측정하였을 때에 13.56MHz에서의 감도가 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 전력수신부(300)의 배열상태에 따라서 전력전송효율의 편차가 크게 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 컵 모양의 무선충전 구조체(1)에서는 스파이럴 구조로 형성되는 송신코일(210)과 소스코일(220)이 한 쌍을 이루는 전력송신부(200)가 하나의 중심축을 기준으로 동일한 중심각을 가지도록 배열됨에 따라 내측으로 형성되는 전력수신부(300)에 무선으로 전력을 공급하는 효율이 일정하게 유지될 수 있도록 할 수 있다.

이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.

1: 무선충전 구조체
100: 곡면형 구조체
110: 측면부
111: 차단부
200: 전력송신부
210: 송신코일
220: 소스코일
300: 전력수신부
310: 수신코일
320: 로드코일
400: 보조송신부
410: 보조송신코일
420: 보조소스코일

Claims (8)

1. 측면부가 원기둥의 형상으로 형성되는 곡면형 구조체; 및
   상기 곡면형 구조체의 중심축을 기준으로 동일한 중심각을 가지도록 하여 상기 측면부에 매립되는 형태로 형성되는 홀수개의 전력송신부;를 포함하고,
   상기 전력송신부는,
   무선으로 전력을 공급하기 위한 자기공진방식의 송신코일에 의해 상기 곡면형 구조체의 내측 방향으로 무선 전력 송신을 위한 전자기장을 형성하고,
   상기 송신코일의 외측을 둘러싸는 사각형의 구조로 상기 측면부에 매립되어 외부로부터 공급받은 전력을 상기 송신코일로 전달하는 소스코일;을 포함하고,
   상기 송신코일은,
   상기 소스코일의 내측 부분에 사각의 스파이럴 구조로 배열되어 상기 측면부에 매립되는 형태이고,
   상기 송신코일과 상기 소스 코일은 일정한 간격을 두고 배열되며,
   상기 홀수개로 형성되는 전력송신부는,
   상기 송신코일과 소스코일이 한 쌍으로 마련되는 상기 전력송신부가 세 쌍이 마련되어 상기 측면부의 내측면과 외측면 사이에 배치됨으로써 상기 측면부에 매립되고,
   상기 곡면형 구조체는,
   상기 측면부의 바깥 부분으로 형성되는 차단부; 및
   내측 방향으로 형성되는 전자기장을 보완하기 위하여 바닥면에 매립되는 보조송신부;를 포함하고,
   상기 보조송신부는,
   상기 곡면형 구조체의 바닥면에 원형의 판형구조이면서 헬리컬 구조로 매립되는 것을 특징으로 하는, 컵 모양의 무선충전 구조체
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 소스코일은,
   자기유도방식으로 상기 송신코일에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 컵 모양의 무선충전 구조체
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 전력송신부에서 상기 곡면형 구조체의 내측방향으로 송신하는 무선 전력을 수신하기 위한 수신코일과 상기 수신코일에서 수신하는 전력을 외부에 공급하도록 형성되는 로드코일을 포함하는 전력수신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컵 모양의 무선충전 구조체
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 수신코일은,
   상기 송신코일에서 자기공진방식으로 전달하는 전력을 수신하며 사각 스파이럴 구조로 형성되고,
   상기 로드코일은,
   상기 수신코일로부터 자기유도방식으로 전력을 전달받으며, 상기 수신코일의 외측을 둘러싸는 사각형의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 컵 모양의 무선충전 구조체
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 차단부는,
   상기 전력송신부에서 형성되는 전자기장이 상기 곡면형 구조체의 외측 방향으로 방출되지 않도록 전자기장을 차단하는 것을 특징으로 하는 컵 모양의 무선 충전 구조체
   
8. 삭제

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