KR102552239B1 - 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템 - Google Patents

무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102552239B1
KR102552239B1 KR1020210022591A KR20210022591A KR102552239B1 KR 102552239 B1 KR102552239 B1 KR 102552239B1 KR 1020210022591 A KR1020210022591 A KR 1020210022591A KR 20210022591 A KR20210022591 A KR 20210022591A KR 102552239 B1 KR102552239 B1 KR 102552239B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coil
core
core block
wireless power
outer circumference
Prior art date
Application number
KR1020210022591A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220119221A (ko
Inventor
김래영
백일벽
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020210022591A priority Critical patent/KR102552239B1/ko
Publication of KR20220119221A publication Critical patent/KR20220119221A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102552239B1 publication Critical patent/KR102552239B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/306—Fastening or mounting coils or windings on core, casing or other support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템에 관한 것으로서, 자속 쇄교량을 증가시킬 뿐 아니라, 무선 전력 공간 내에서 수신 자유도를 향상시켜 무선 전력 수신의 효율을 향상시킬 수 있는, 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템을 제공한다.

Description

무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템 {WIRELESS POWER RECEIVING APPARATUS AND WIRELESS POWER TRANSMITTING/RECEIVING SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템에 관한 것이다.
무선 전력 송/수신 기술은 전기·전자기기에 무선으로 전원을 공급하는 기술로서 전력전달의 편의성을 향상시키기 위해 다양한 형태로 개발되고 있으며, 무선 전력 송/수신 기술은 이동성을 요구하는 가전제품, 누설 및 감전으로부터 안전을 확보해야만 하는 장치들, 구체적으로 전동 칫솔과 무선 전기 면도기 등에 활용되고 있다. 이러한 무선 충전 기술은 소형 전자기기뿐 아니라 스마트폰, DMB, 태블릿 PC등과 같이 이동통신 기술과 함께 사용자의 이동 편의성에 중점을 둔 제품에 점차 확대되고 있고, 나아가 산업 현장이나 의료 기술에 적용하기 위한 시도도 나타나고 있다.
무선 충전 방식은 크게 3가지로 자기유도 방식, 자기공명(공진) 방식, 전자기파 방식이 있으나, 일반적으로는 자기 유도 방식과 자기 공진 방식으로 나뉜다. 현재 상용화된 무선충전 기술은 모두 자기 유도 방식이며, 이는 전력 송신 장치의 송신 코일에서 자기장을 발생시키면 이 자기장이 수신 장치의 2차 코일에 유도돼 전류를 공급하는 전자기 유도 원리를 이용한 기술이다. 자기유도 방식은 전력 전송 효율이 90% 이상으로 매우 높은 장점이 있지만, 수 cm 이상 떨어지거나 송신코일과 수신코일의 중심이 정확히 일치하지 않으면 전력이 거의 전송되지 않을 정도로 효율이 급격히 저하된다는 문제점이 있다.
구체적으로, 폐회로(閉回路: 예컨대 코일 등) 가까이에서 자석을 움직이거나 전류가 흐르는 다른 회로를 이용해 자기장을 변화시키면 폐회로는 상기 자기장을 상쇄시키기 위해 작용하는데, 이러한 전자기 유도 현상에 의해 폐회로에 전류가 통하게 되고 이를 유도 전류라고 한다. 무선 충전은 바로 이 전자기 유도 현상을 이용한 기술이다.
이러한 무선 전력 송수신 시스템은 종래에는 코일만을 사용하여 송신 장치와 수신 장치를 구성하는 것이 일반적이었다. 이러한 구조의 송신 장치에서 생성된 자속은 송신 장치와 수신 장치의 사이의 거리, 즉 전력 전송 거리가 증가하면 전력의 크기를 결정하는 수신 장치의 자속 쇄교량이 감소한다.
종래 기술에 따르면 코일만을 사용하여 전송 시스템을 구성하므로 송신 장치의 코일로부터 수신 장치의 코일까지의 거리가 조금이라도 멀어지면 수신 장치의 코일에 작용하는 자속 쇄교량이 급격히 감소하는 등 유도 전력의 거리 의존도가 지나치게 크므로, 사실상 유선 충전의 불편함을 크게 개선하지 못한다는 문제점이 있었다.
또한, 무선 전력을 수신하는 전기/전자기기가 어디서든 송신 장치나 수신 장치의 방향에 관계없이 무선 전력 공간 내에서 전력을 수신할 수 있어야 하는데, 종래 기술의 경우 송신 장치와 수신 장치가 정렬되지 않는 경우 수신 효율이 낮은 문제가 있었다.
한국특허등록번호 KR10-1595774(2016.02.15일 등록) 무선 전력전달을 위한 복합형 코일 모듈
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 무선 전력 수신 장치의 코일 내부에 코어를 추가로 구비하여 자속 쇄교량을 증가시킬 뿐 아니라, 수신 장치의 코일을 전(全) 방향으로 구현하여 수신 장치의 수신 자유도를 향상시킬 수 있는 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 자성체 재질의 코어, 상기 코어의 외주를 권취하는 전도성 재질의 코일을 포함할 수 있다.
이때, 상기 코어는 육면체 형상으로 형성되며, 상기 코일은 상기 코어의 모든 모서리에 대응하는 영역을 경유하는 폐루프를 형성할 수 있다.
또한, 상기 코어의 동일면에 권취되는 상기 코일은 직렬로 연결되며, 상기 코일은 상기 코어의 서로 평행하는 한 쌍의 모서리에 대응하는 영역과 상기 코어의 한 쌍의 모서리를 연결하는 대각선에 대응하는 영역을 경유하도록 형성될 수 있다.
코어의 서로 평행하는 한 쌍의 모서리에 대응하는 영역을 권취하는 한 쌍의 상기 코일에 흐르는 전류의 방향은 동일하게 형성될 수 있다.
상기 코일은 복수의 턴(turn)수로 권취될 수 있으며, 상기 코일의 턴(turn)수는 4회일 수 있다.
한편, 상기 코어는, 판 형태로 형성되는 제1 코어 블록, 판 형태로 형성되고, 상기 제1 코어 블록의 중심을 지나도록 수직 돌출되는 제2 코어 블록 및 판 형태로 형성되고, 상기 제1 코어 블록의 중심을 지나며 상기 제2 코어 블록과 직교하도록 수직 돌출되는 제3 코어 블록을 포함하며, 상기 코일은 상기 제1 코어 블록의 외주를 따라 권취되는 제1 코일, 상기 제2 코어 블록의 외주를 따라 권취되는 제2 코일 및 상기 제3 코어 블록의 외주를 따라 권취되는 제3 코일을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 코어 블록은 단면이 정사각형 형상으로 형성되며, 상기 제2 코어 블록 및 상기 제3 코어 블록은 동일 면적으로 각각의 단면이 직사각형 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 코일은 정사각형 형태로 폐루프를 형성하고, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 직사각형 형태로 각각 폐루프를 형성할 수 있다.
이때, 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 각각 복수의 턴(turn)수로 권취될 수 있다.
또한, 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 직렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템은, 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신 장치 및 상기 무선 전력 송신 장치로부터 송신된 전력을 무선으로 수신하는 무선 전력 수신 장치를 포함하고, 상기 무선 전력 수신 장치는, 자성체 재질의 코어, 상기 코어의 외주를 권취하는 전도성 재질의 코일을 포함할 수 있다.
이때, 상기 무선 전력 수신 장치는, 상기 코어는 육면체 형상으로 형성되며, 상기 코일은 상기 코어의 모든 모서리에 대응하는 영역을 경유하는 폐루프를 형성할 수 있다.
이때, 상기 코어는, 판 형태로 형성되는 제1 코어 블록, 판 형태로 형성되고, 상기 제1 코어 블록의 중심을 지나도록 수직 돌출되는 제2 코어 블록 및 판 형태로 형성되고, 상기 제1 코어 블록의 중심을 지나며 상기 제2 코어 블록과 직교하도록 수직 돌출되는 제3 코어 블록을 포함하며, 상기 코일은, 상기 제1 코어 블록의 외주를 따라 권취되는 제1 코일, 상기 제2 코어 블록의 외주를 따라 권취되는 제2 코일 및 상기 제3 코어 블록의 외주를 따라 권취되는 제3 코일을 포함할 수 있다.
한편, 상기 무선 전력 송신 장치는, 원판 형태로 형성되는 제4 코어 블록, 원판 형태로 형성되고, 상기 제4 코어 블록과 직교하는 제5 코어 블록, 원판 형태로 형성되고, 상기 제4 코어 블록 및 상기 제5 코어 블록과 직교하고 상기 제4 코어 블록 및 제4 코어 블록과 중심을 공유하는 제6 코어 블록, 상기 제4 코어 블록의 외주를 따라 권취된 제4 코일, 상기 제5 코어 블록의 외주를 따라 권취되고, 상기 제4 코일과 직교하는 제5 코일 및 상기 제6 코어 블록의 외주를 따라 권최되고, 상기 제4 코일 및 상기 제5코일과 직교하는 제6코일을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 무선 전력 수신 장치 미치 이를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템에 따르면, 자속 쇄교량을 증가시킬 뿐 아니라, 무선 전력 공간 내에서 수신 자유도를 향상시켜 무선 전력 수신의 효율을 향상시킬 수 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 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 무선 전력 수신 장치의 사시도이고, 도 3은 이에 따른 무선 전력 수신 장치를 구성하는 코어 블록의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 구성하는 무선 전력 송신 장치의 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템에 의해 전력이 송수신되는 모습을 도시한 회로도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 명세서 전체에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하나 이상의 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있음을 의미한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(10)의 사시도이다.
본 발명에 따른 무선 전력 수신 장치(10)는, 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신장치로부터 송신된 전력을 무선으로 수신하며, 코어(110), 코어(110)에 권취되는 코일(130)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(10)를 포함하는 무선 전력 시스템은 휴대폰, 노트북 등 모바일 디바이스 및 로봇 청소기, 전동 칫솔 등 전자 제품에 사용되어 무선으로 전력을 충전할 수 있다.
코어(110)는 자성체 재질로 형성될 수 있다. 구체적으로, 코어(110)는 자성체의 페라이트(ferrite) 재질을 포함할 수 있다. 이때, 코어(110)는 페라이트 소결체와 같이 단일 소재로 형성되거나 페라이트 분말을 다른 자성 금속 분말과 혼합하여 압출, 프레스, 캐스팅 등의 방법으로 성형한 복합 소재로 형성될 수 있다. 코어(110)는 투자율이 높은 물체로서 후술할 코일(130) 내부에 배치되어 자기력선의 간격을 좁아지게 하여 자속 밀도를 증가시켜 더 강한 자기장 및 더 큰 전류가 코일(130)에 유도되도록 한다.
한편, 코어(110)는 육면체 형상으로 형성될 수 있다. 도 1을 참고하면, 코어(110)는 X1, Y1 평면에 정사각형의 제1 면이 형성되고, 제1 면에 Z1축 방향으로 이격되어 정사각형의 제2 면이 형성되며, 제1 면 및 제2 면의 외주를 따라 직사각형의 제3 면 내지 제6 면이 이격 공간을 메우도록 형성된다.
코일(130)은 전도성 재질로 형성되며, 코어(110)의 외주를 권취하도록 형성될 수 있다.
이때, 코일(130)은 코어(110)의 모든 모서리에 대응하는 영역을 경유하며 폐루프를 형성하도록 권취될 수 있다. 도 1을 참고하면, 전도성 코일(130)은 육면체 형상의 코어(110)의 모든 모서리에 대응하는 영역을 경유하도록 형성되며, 육면체의 모서리는 12개이므로 전도성 코일(130)은 12개의 모서리에 대응하는 영역을 경유하도록 형성된다. 이때 모든 모서리에 대응하는 영역을 권취하는 코일(130)은 직렬로 연결될 수 있으며, 코일(130)을 직렬로 연결하기 위해 서로 이격되어 평행하는 한 쌍의 모서리를 연결하는 대각선에 대응하는 영역에도 코일(130)이 권취될 수 있다.
도 1의 부분 확대도를 참고하면, 직사각형의 제3 면 내지 제6 면의 한 쌍의 모서리에 대응하는 영역에 한 쌍의 코일(130)이 위치하며 한 쌍의 코일(130)을 연결하도록 대각선 방향으로 코일(130)이 위치하여 대략
Figure 112021020434583-pat00001
형으로 형성될 수 있으며,
Figure 112021020434583-pat00002
의 코일(130) 시작지점과 종료지점에서 코어(110)의 수직 모서리를 따라 수직 방향의 코일(130)이 위치할 수 있다. 이와 같은 코일(130) 권취 형상에 의해 서로 평행하는 한 쌍의 코일(130)에 흐르는 전류의 방향이 동일하게 되며, 코어(110)의 한 면에 위치하는 상부 코일(130) 및 하부 코일(130)에 흐르는 전류의 방향이 동일하게 형성됨으로써 결과적으로 코일(130)에 통과 가능한 자속을 증가시킬 수 있다.
이와 같이 코일(130)이 육면체의 코어(110)의 모든 모서리를 권취하도록 형성됨으로써 수신 방향의 자유도를 높일 수 있으며, 후술할 무선 전력 송신 장치(30)의 코일(130) 위치와 무선 전력 수신 장치(10)의 코일(130) 위치가 정렬되지 않은 상태에서도 안정적 수신이 가능하여 수신 효율을 유지할 수 있다.
이때, 코일(130)은 복수의 턴(turn)수로 권취될 수 있으며, 코어(110)의 동일 모서리에 대응하는 영역에 위치하는 코일(130)은 서로 평행하도록 4회 권취될 수 있다.
권취되는 코일(130)의 턴수가 증가할수록 무선 전력 수신 장치의 수신 효율이 향상될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 무선 전력 수신 장치(10)의 사시도이고, 도 3은 이에 따른 무선 전력 수신 장치(10)를 구성하는 코어(210) 블록의 평면도이다.
본 실시예에 따르면, 코어는 제1 코어 블록(211), 제2 코어 블록(213), 제3 코어 블록(215), 코어에 권취되는 코일은 제1 코일(231), 제2 코일(233), 제3 코일(235)을 포함할 수 있다.
제1 코어 블록(211)은 일정한 높이를 가지는 판 형태로 형성되어 X2, Y2 평면에 위치할 수 있다. 이때 제1 코어 블록(211)은 단면이 정사각형인 형태로 형성될 수 있으며, 정사각형의 제1 코어 블록(211)의 중심은 X2, Y2, Z2 좌표계의 원점을 위치하도록 형성될 수 있다.
제2 코어 블록(213)은 일정한 높이를 가지는 판 형태로 형성되어 제1 코어 블록(211)의 중심을 지나도록 수직 돌출되어 좌표계의 원점을 지나는 Y2, Z2 평면에 위치할 수 있다. 이때 제2 코어 블록(213)은 단면이 직사각형 형태로 형성될 수 있다. 또한, 정사각형 형태의 제1 코어 블록(211)의 한 변의 길이가 직사각형 형태의 제2 코어 블록(213)의 긴 변의 길이와 같으며, 제2 코어 블록(213)의 면적이 제1 코어 블록(211)의 면적의 1/2에 해당하도록 형성될 수 있다.
제3 코어 블록(215)은 일정한 높이를 가지는 판 형태로 형성되어 제1 코어 블록(211)의 중심을 지나도록 수직 돌출되어 좌표계의 원점을 지나는 X2, Z2 평면에 위치할 수 있다. 이때 제3 코어 블록(215)은 단면이 직사각형 형태로 형성될 수 있으며, 제3 코어 블록(215)은 제2 코어 블록(213)과 직교하도록 수직 돌출될 수 있다. 또한, 정사각형 형태의 제1 코어 블록(211)의 한 변의 길이가 직사각형 형태의 제3 코어 블록(215)의 긴 변의 길이와 같으며, 제3 코어 블록(215)의 면적이 제1 코어 블록(211)의 면적의 1/2에 해당하도록 형성될 수 있다. 이때, 제3 코어 블록(215)의 면적과 제2 코어 블록(213)의 면적은 동일하게 형성될 수 있다.
이때 코어는 자성체 재질로 형성될 수 있다. 구체적으로, 코어는 자성체의 페라이트(ferrite) 재질을 포함할 수 있다. 이때, 코어는 페라이트 소결체와 같이 단일 소재로 형성되거나 페라이트 분말을 다른 자성 금속 분말과 혼합하여 압출, 프레스, 캐스팅 등의 방법으로 성형한 복합 소재로 형성될 수 있다. 코어는 투자율이 높은 물체로서 후술할 코일 내부에 배치되어 자기력선의 간격을 좁아지게 하여 자속 밀도를 증가시켜 더 강한 자기장 및 더 큰 전류가 코일에 유도되도록 한다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 제1 코일(231)은 제1 코어 블록(211)의 외주를 따라 권취되고, 제2 코일(233)은 제2 코어 블록(213)의 외주를 따라 권취되고, 제3 코일(235)은 제3 코어 블록(215)의 외주를 따라 권취될 수 있다.
구체적으로, 제1 코일(231)은 전도성 재질로 형성되며, 제1 코어 블록(211)의 외주를 따라 정사각형 형태로 권취되어 X2, Y2 평면에 위치하며, 권취되는 제1 코일(231)은 폐루프를 형성할 수 있다. 제2 코일(233)은 전도성 재질로 형성되며, 제2 코어 블록(213)의 외주를 따라 직사각형 형태로 권취되어 Y2, Z2 평면에 위치하며, 권취되는 제2 코일(233)은 폐루프를 형성할 수 있다. 제3 코일(235)은 전도성 재질로 형성되며, 제2 코어 블록(213)의 외주를 따라 직사각형 형태로 권취되어 X2, Z2 평면에 위치하며, 권취되는 제3 코일(235)은 폐루프를 형성할 수 있다. 이때, 제1 코일(231), 제2 코일(233) 및 제3 코일(235)은 복수의 턴수로 권취될 수 있으며, 제1 코일(231), 제2 코일(233), 제3 코일(235) 각각은 직렬로 연결될 수 있다.
여기서 코일이 어느 평면에 형성된다는 것은 코일의 형태가 평면 상에 형성되어야 할 만큼 납작한 것을 의미하는 것은 아니고 권취된 코일이 대응하는 평면과 대체로 평행한 형태를 의미한다.
이와 같이 사각형의 코어 블록(211, 213, 215)을 서로 직교하도록 배치하고, 코일(231, 233, 235)이 각각의 코어 블록의 외주를 권취시켜 무선 전력 수신 장치를 구성함으로써, 수신 방향의 자유도를 높일 수 있으며, 무선 전력 송신 장치의 코일 위치와 무선 전력 수신 장치의 코일 위치가 정렬되지 않은 상태에서도 안정적 수신이 가능하여 수신 효율을 유지할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템은, 무선 전력 송신 장치(30) 및 무선 전력 수신 장치(10)를 포함할 수 있다.
무선 전력 송수신 시스템은 수신 지향성 구조체를 포함하는 무선 전력 송신 장치(30) 및 무선 전력 송신 장치(30)로 인한 유도 전류를 발생시키기 위한 무선 전력 수신 장치(10)를 포함할 수 있고, 무선 전력 송신 장치(30)와 무선 전력 수신 장치(10) 사이에는 전송 공간이 생성될 수 있다.
무선 전력 수신 장치(10)는 일반적으로 모바일 기기나 전자 제품의 충전부와 같은 무선 충전의 대상일 수 있다.
무선 전력 송신 장치(30)는, 제4 코어 블록(311), 제5 코어 블록(313), 제6 코어 블록(315)을 포함하고, 코어(210) 블록에 각각 권취되는 제4 코일(331), 제5 코일(333), 제6 코일(335)을 포함할 수 있다.
제4 코일(331), 제5 코일(333), 및 제6 코일(335)을 포함하고, 각각의 내부에 원판 형태로 형성되는 제4 코어 블록(311), 제5 코어 블록(313), 및 제6 코어 블록(315)을 포함할 수 있다. 상기 제4 코일(331)은 Y3, Z3 평면에 형성되고, 제5 코일(333)은 X3, Z3 평면에 형성되고, 제6 코일(335)은 X3, Y3 평면에 형성된다. 여기서 코일이 어느 평면에 형성된다는 것은 코일의 형태가 평면 상에 형성되어야 할 만큼 납작한 것을 의미하는 것은 아니고 권취된 원형의 도선이 대응하는 평면과 대체로 평행한 형태를 의미한다.
제4 코일(331)에 의해 발생되는 자기장을 집중하기 위한 구성 요소는 제5 코어 블록(313) 및 제6 코어 블록(315)으로서, 제5 코어 블록(313)은 자기장이 Y3축 방향으로 벌어지 않도록 집중하고, 제6 코어 블록(315)은 자기장이 Z3축 방향으로 벌어지지 않도록 집중할 수 있다.
마찬가지로, 제5 코일(333)에 의해 발생되는 자기장을 집중하기 위한 구성 요소는 제6 코어 블록(315) 및 제4 코어 블록(311)으로서, 제6 코어 블록(315)은 자기장이 Z3축 방향으로 벌어지 않도록 집중하고, 제4 코어 블록(311)은 자기장이 X3축 방향으로 벌어지지 않도록 집중할 수 있다.
마찬가지로, 제6 코일(335)에 의해 발생되는 자기장을 집중하기 위한 구성 요소는 제4 코어 블록(311) 및 제5 코어 블록(313)으로서, 제4 코어 블록(311)은 자기장이 X3축 방향으로 벌어지 않도록 집중하고, 제5 코어 블록(313)은 자기장이 Y3축 방향으로 벌어지지 않도록 집중할 수 있다.
이때, 하나의 코일(예를 들어, 제4 코일(331))에 전류가 흐름으로써 발생하는 자기장은 타 코일(예를 들어, 제5 코일(333) 및 제6 코일(335))내에 형성된 코어(예를 들어, 제5 코어 블록(313) 및 제6 코어 블록(315))들에 의해 상기 코일에 대응하는 평면에 대한 법선 방향으로 자기력선을 그리며 생성될 수 있고, 자기장이 상기 법선을 이루는 축에 가깝게 집중될 수 있다. 따라서, 제4 코일(331), 제5 코일(333) 및 제6 코일(335)에 전류를 흘려 형성하는 자기장의 자기력선은 각 코일(230)에 인가한 전류량에 따라 달라지게 되고, 결국에는 모든 자기력선을 합성하면 이론적으로 한 방향의 벡터가 형성될 수 있다. 즉, 제4 코일(331), 제5 코일(333) 및 제6 코일(335)에 인가하는 전류량을 조절함으로써 구면의 어느 방향으로든 자기장의 합성 벡터를 생성할 수 있고, 그에 따라 수신부가 어디에 놓이든지 방향성을 제어함으로써 무선 전력 송신 기능을 달성할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신 장치(10)는 코어 및 코어의 외주를 따라 권취되는 코일을 포함할 수 있다.
이때, 코어(110)는 육면체 형상으로 형성되며, 코일(130)은 코어(110)의 모든 모서리에 대응하는 영역을 경유하는 폐루프를 형성할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(10)는 앞선 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(10)와 동일하므로 구체적인 설명은 앞선 실시예의 설명에 갈음하기로 한다.
또한, 코어는 제1 코어 블록(211), 제2 코어 블록(213), 제3 코어 블록(215), 코어에 권취되는 코일은 제1 코일(231), 제2 코일(233), 제3 코일(235)을 포함할 수 있다.
이때, 제1 코어 블록(211)은 판 형태로 형성되고, 제2 코어 블록(213)은 판 형태로 형성되고 제1 코어 블록(211)의 중심을 지나도록 수직 돌출 형성되고, 제3 코어 블록(215)은 판 형태로 형성되고 제1 코어 블록(211)의 중심을 지나며 제2 코어 블록(213)과 직교하도록 수직 돌출될 수 있다.
코일은 제1 코어 블록(211)의 외주를 따라 권취되는 제1 코일(231), 제2 코어 블록(213)의 외주를 따라 권취되는 제2 코일(233) 및 제3 코어 블록(215)의 외주를 따라 권취되는 제3 코일(235)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(10) 또한 앞선 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(10)와 동일하므로 구체적인 설명은 앞선 실시예의 설명에 갈음하기로 한다.
일반적으로, 무선 전력 송수신 시스템에서 전송 공간이 클수록 무선 전력 수신 장치(10)의 수신용 코일 부근으로 근접하는 자속 밀도가 급격히 낮아지게 되고, 전력 전송 효율은 급격히 떨어질 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템에 의해 전력이 송수신되는 모습을 도시한 등가회로도이다. 본 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템에 의하면 무선 전력 송신 장치(30)에 의해 발생하는 자기력선이 무선 전력 수신 장치(10) 쪽으로 집중되도록 유도할 수 있고, 무선 전력 수신 장치(10)의 수신 방향성을 개선할 수 있어, 전력 전송 효율의 전송 공간의 의존도가 낮아질 뿐 아니라, 무선 전력 송신 장치(30)의 코일 위치와 무선 전력 수신 장치(10)의 코일 위치가 정렬되지 않은 상태에서도 안정적 수신이 가능하여 수신 효율을 유지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 무선 전력 수신 장치
30: 무선 전력 송신 장치
110: 코어
130: 코일
211: 제1 코어 블록
213: 제2 코어 블록
215: 제3 코어 블록
231: 제1 코일
233: 제2 코일
235: 제3 코일
311: 제4 코어 블록
313: 제5 코어 블록
315: 제6 코어 블록
331: 제4 코일
333: 제5 코일
335: 제6 코일

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신 장치로부터 송신된 전력을 무선으로 수신하는 무선 전력 수신 장치로서,
    자성체 재질의 코어; 및
    상기 코어의 외주를 권취하는 전도성 재질의 코일;
    을 포함하되,
    상기 코어는 육면체 형상으로 형성되며,
    상기 코일은 상기 코어의 모든 모서리에 대응하는 영역을 경유하는 폐루프를 형성하는, 무선 전력 수신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코어의 동일면에 권취되는 상기 코일은 직렬로 연결되며,
    상기 코일은 상기 코어의 서로 평행하는 한 쌍의 모서리에 대응하는 영역과 상기 코어의 한 쌍의 모서리를 연결하는 대각선에 대응하는 영역을 경유하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 무선 전력 수신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코어의 서로 평행하는 한 쌍의 모서리에 대응하는 영역을 권취하는 한 쌍의 상기 코일에 흐르는 전류의 방향은 동일한 것을 특징으로 하는, 무선 전력 수신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코일은 복수의 턴(turn)수로 권취되는 것을 특징으로 하는, 무선 전력 수신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코일의 턴(turn)수는 4회인 것을 특징으로 하는, 무선 전력 수신 장치.
  7. 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신 장치로부터 송신된 전력을 무선으로 수신하는 무선 전력 수신 장치로서,
    자성체 재질의 코어; 및
    상기 코어의 외주를 권취하는 전도성 재질의 코일;
    을 포함하되,
    상기 코어는,
    판 형태로 형성되는 제1 코어 블록;
    판 형태로 형성되고, 상기 제1 코어 블록의 중심을 지나도록 수직 돌출되는 제2 코어 블록; 및
    판 형태로 형성되고, 상기 제1 코어 블록의 중심을 지나며 상기 제2 코어 블록과 직교하도록 수직 돌출되는 제3 코어 블록;을 포함하며,
    상기 코일은,
    상기 제1 코어 블록의 외주를 따라 권취되는 제1 코일;
    상기 제2 코어 블록의 외주를 따라 권취되는 제2 코일; 및
    상기 제3 코어 블록의 외주를 따라 권취되는 제3 코일;를 포함하는, 무선 전력 수신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 코어 블록은 단면이 정사각형 형상으로 형성되며,
    상기 제2 코어 블록 및 상기 제3 코어 블록은 동일 면적으로 각각의 단면이 직사각형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 무선 전력 수신 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 코일은 정사각형 형태로 폐루프를 형성하고,
    상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 직사각형 형태로 각각 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 하는, 무선 전력 수신 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 각각 복수의 턴(turn)수로 권취되는 것을 특징으로 하는, 무선 전력 수신 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 무선 전력 수신 장치.
  12. 삭제
  13. 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신 장치; 및
    상기 무선 전력 송신 장치로부터 송신된 전력을 무선으로 수신하는 무선 전력 수신 장치;를 포함하고,
    상기 무선 전력 수신 장치는,
    자성체 재질의 코어;
    상기 코어의 외주를 권취하는 전도성 재질의 코일을 포함하되,
    상기 무선 전력 수신 장치는,
    상기 코어는 육면체 형상으로 형성되며,
    상기 코일은 상기 코어의 모든 모서리에 대응하는 영역을 경유하는 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 하는, 무선 전력 송수신 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치는,
    상기 코어는,
    판 형태로 형성되는 제1 코어 블록;
    판 형태로 형성되고, 상기 제1 코어 블록의 중심을 지나도록 수직 돌출되는 제2 코어 블록; 및
    판 형태로 형성되고, 상기 제1 코어 블록의 중심을 지나며 상기 제2 코어 블록과 직교하도록 수직 돌출되는 제3 코어 블록;을 포함하며,
    상기 코일은,
    상기 제1 코어 블록의 외주를 따라 권취되는 제1 코일;
    상기 제2 코어 블록의 외주를 따라 권취되는 제2 코일; 및
    상기 제3 코어 블록의 외주를 따라 권취되는 제3 코일;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 전력 송수신 시스템.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 장치는,
    원판 형태로 형성되는 제4 코어 블록;
    원판 형태로 형성되고, 상기 제4 코어 블록과 직교하는 제5 코어 블록;
    원판 형태로 형성되고, 상기 제4 코어 블록 및 상기 제5 코어 블록과 직교하고 상기 제4 코어 블록 및 제4 코어 블록과 중심을 공유하는 제6 코어 블록;
    상기 제4 코어 블록의 외주를 따라 권취된 제4 코일;
    상기 제5 코어 블록의 외주를 따라 권취되고, 상기 제4 코일과 직교하는 제5 코일; 및
    상기 제6 코어 블록의 외주를 따라 권최되고, 상기 제4 코일 및 상기 제5코일과 직교하는 제6코일을 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 전력 송수신 시스템.
KR1020210022591A 2021-02-19 2021-02-19 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템 KR102552239B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210022591A KR102552239B1 (ko) 2021-02-19 2021-02-19 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210022591A KR102552239B1 (ko) 2021-02-19 2021-02-19 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220119221A KR20220119221A (ko) 2022-08-29
KR102552239B1 true KR102552239B1 (ko) 2023-07-07

Family

ID=83113666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210022591A KR102552239B1 (ko) 2021-02-19 2021-02-19 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102552239B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008028642A (ja) 2006-07-20 2008-02-07 Murata Mfg Co Ltd 磁性体アンテナおよびアンテナ装置
WO2016135895A1 (ja) 2015-02-25 2016-09-01 株式会社 東芝 共振子及び無線電力伝送装置
KR101715269B1 (ko) * 2015-11-19 2017-03-10 숭실대학교산학협력단 십자 구조를 이용한 x-y 평면에서 전 방향으로 방사하는 무선 전력 전송용 공진기, 이를 포함하는 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 시스템
JP2018532369A (ja) * 2015-09-11 2018-11-01 ヤンク テクノロジーズ，インコーポレーテッド ３次元フェーズドコイルアレイを介する無線充電プラットフォーム

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101595774B1 (ko) 2014-09-25 2016-02-29 한국과학기술원 무선 전력 전달을 위한 복합형 코일 모듈

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008028642A (ja) 2006-07-20 2008-02-07 Murata Mfg Co Ltd 磁性体アンテナおよびアンテナ装置
WO2016135895A1 (ja) 2015-02-25 2016-09-01 株式会社 東芝 共振子及び無線電力伝送装置
JP2018532369A (ja) * 2015-09-11 2018-11-01 ヤンク テクノロジーズ，インコーポレーテッド ３次元フェーズドコイルアレイを介する無線充電プラットフォーム
KR101715269B1 (ko) * 2015-11-19 2017-03-10 숭실대학교산학협력단 십자 구조를 이용한 x-y 평면에서 전 방향으로 방사하는 무선 전력 전송용 공진기, 이를 포함하는 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220119221A (ko) 2022-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9230728B2 (en) Magnetic device with high saturation current and low core loss
KR101971091B1 (ko) 차폐층을 포함하는 안테나 모듈 및 무선 전력 수신 장치
US20160149305A1 (en) Antenna device and near field communication device including the same
KR101584800B1 (ko) 다중 모바일 기기들의 무선 충전을 위한 자기공진방식 무선전력전송 안테나
JP2014132658A (ja) 軟磁性層、これを含む受信アンテナ及び無線電力受信装置
US20190386389A1 (en) Antenna device, communication system, and electronic apparatus
CN108292561B (zh) 感应式功率传输单元中的电压和电流补偿
JP4900525B1 (ja) 非接触充電モジュール及びこれを備えた送信側非接触充電機器と受信側非接触充電機器
KR102034231B1 (ko) 수신 안테나 및 이를 포함하는 무선 전력 수신 장치
KR101222137B1 (ko) 자기공진유도 방식 지향성 무선 전력 전송 장치
KR101853491B1 (ko) 무선전력전송 코일 구조체 및 무선전력전송 시스템
US20120228955A1 (en) Transmission coil for wireless power transmission
KR102552239B1 (ko) 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템
KR20150084213A (ko) 무선전력시스템의 전력 수신부 안테나용 연자성 시트
JP2018153024A (ja) 送電装置
KR102224621B1 (ko) 수신부 지향성 커플러 구조체가 구비된 무선 전력 전송 장치
KR20180132205A (ko) 무선전력 전송모듈
KR102367633B1 (ko) 무선 전력 송수신 장치
US10396463B2 (en) Antenna device
CN213661277U (zh) 一种线圈模组和电能发射电路
KR20190058024A (ko) 차폐부재를 포함하는 안테나 모듈
KR102258919B1 (ko) 차폐층을 포함하는 안테나 모듈 및 무선 전력 수신 장치
US10832117B2 (en) Antenna
KR101453465B1 (ko) 연자성 시트, 무선 전력 수신 장치 및 그의 무선 충전 방법
KR102503650B1 (ko) 무선전력 송신모듈

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant