KR20120078995A - 무선 전력 송신 장치 및 이의 무선 전력 전송 시스템 - Google Patents

무선 전력 송신 장치 및 이의 무선 전력 전송 시스템 Download PDF

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Abstract

무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 전송 시스템이 제공된다. 본 무선 전력 송신 장치는, RF 앰프부, 송신 공진부를 포함하는 메인 바디 및 메인 바디 측면에 위치한 받침대를 포함하며, 송신 공진부는 송신 도전성 와이어 루프를 사용하여 상기 받침대 상에 위치한 제1 전력 수신 장치에 수평 자기 필드를 제공하고, 제1 전력 수신 장치는 루프 면이 상기 수평 자기 필드와 수직방향인 제1 수신 도전성 와이어 루프를 포함한다. 이에 의해, 전력 수신 장치를 쉽고 효율적으로 충전할 수 있게 된다.

Description

무선 전력 송신 장치 및 이의 무선 전력 전송 시스템{Wireless power transmission apparatus and System for wireless power transmission thereof}
본 발명은 무선 전력 송신 장치 및 이의 무선 전력 전송 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공진기를 이용하여 무선으로 외부 장치를 충전하는 무선 전력 송신 장치 및 이의 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다.
근래에는 디스플레이 장치가 2D 영상뿐 아니라 입체감 있는 3D영상을 제공하고 있다. 특히, 입체감 있는 3D 영상을 시청하기 위한 디스플레이 장치로는 특수 안경을 사용하는 안경식과 특수안경을 사용하지 않는 비안경식이 있다.
특히, 입체감 있는 3D 영상을 시청하기 위해, 셔터 글래스 방식의 디스플레이 장치에서는 디스플레이 장치에서 송신된 동기신호에 의해 3D 안경의 좌안 글래스와 우안 글래스를 교번적으로 온/오프가 되어야 한다. 즉, 3D 영상을 시청하기 위해서, 3D 안경을 구동하기 위한 전력 공급이 필요하다.
이때, 3D 안경의 전력을 공급하기 위한 방법으로는 일회용 배터리식과 충전식이 존재한다. 일회용 배터리식의 경우, 매번 배터리를 교채해 주어야 하고, 비용도 많이 드는 불편함이 존재하였다. 도한, 충전식의 경우, 케이블을 이용하여 3D 안경을 충전해야 하므로, 항상 케이블을 가지고 있어야 하며, 미관상으로 좋지 않는 단점이 있었다.
따라서, 보다 쉽고 효율적으로 3D 안경을 충전할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 보다 쉽고 효율적으로 3D 안경을 충전할 수 있는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 전송 시스템을 제공함에 있다..
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치에 있어서, RF 앰프부(RF Amplifier block); 송신 공진부를 포함하는 메인 바디; 및 상기 메인 바디 측면에 위치한 받침대; 를 포함하며, 상기 송신 공진부는 송신 도전성 와이어 루프(conductive wire loop)를 사용하여 상기 받침대 상에 위치한 제1 전력 수신 장치에 수평 자기 필드를 제공하고, 상기 제1 전력 수신 장치는 루프 면이 상기 수평 자기 필드와 수직방향인 제1 수신 도전성 와이어 루프를 포함한다.
또한, 제1항에 있어서, 상기 송신 공진부는 상기 송신 도전성 와이어 루프를 사용하여, 상기 메인 바디 상에 위치한 제2 전력 수신 장치에 수직 자기 필드를 제공하고, 상기 제2 전력 수신 장치는 루프 면이 상기 수직 자기 필드와 수직방향인 제2 수신 도전성 와이어 루프를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 메인 바디는, 실린더형일 수 있다.
또한, 상기 받침대는, 원형판일 수 있다.
그리고, 상기 송신 도전성 와이어 루프는, 실린더형일 수 있다.
또한, 상기 송신 도전성 와이어 루프는, 와이어 루프가 원형으로 구부러짐으로써 실린더형으로서 형성될 수 있다.
그리고, 공진 커패시터 및 상기 송신 도전성 와이어 루프에 전류를 유도하는 피더 도전성 와이어 루프(feeder conductive wire loop)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신 장치는, Root(Qs*Qd)(Qs는 전력 송신 장치의 Q 값, Qd는 전력 수신 장치의 Q 값)에 비례하는 전송 효율을 갖을 수 있다.
그리고, 상기 송신 공진부는, 1MHz내지 30MHz의 공진주파수를 갖을 수 있다.
또한, 상기 송신 공진부는, 가변 가능한 공진 주파수를 갖을 수 있다.
그리고, 상기 RF 앰프부는, 가변 가능한 동작 주파수(operating frequency)를 갖을 수 있다.
또한, 상기 송신 도전성 와이어 루프는, 상기 메인 바디 내부의 가장자리에 접할 수 있다.
그리고, 제1항에 있어서, 상기 송신 도전성 와이어 루프는, 수직 자기 필드 및 수평 자기 필드를 동시에 생성할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신 장치는, 상기 RF 앰프부와 상기 송신 공진부 사이에 차폐제를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 차폐제는, 페라이트 시트(ferrite sheet)일 수 있다.
또한, 상기 RF 앰프부는, 쉴드 케이스(shied case)로 둘러싸일 수 있다.
그리고, 상기 쉴드 케이스는 주석도금일 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 송신 장치는, 상기 RF 앰프부와 상기 송신 공진부 사이에 기 설정된 이격거리를 갖도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 전력 수신 장치는, 3D안경, 휴대폰, 및 리모컨 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 제2 전력 수진 장치는, 3D안경, 휴대폰, 및 리모컨 중 어느 하나일 수 있다.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 시스템은, 수직방향의 자기 필드와 수평방향의 자기필드를 동시에 생성하는 전력 송신 장치; 루프 면이 상기 수평방향의 자기필드와 수직방향인 제1 수신 도전성 와이어 루프를 갖는 제1 전력 수신 장치; 및 루프 면이 상기 수평방향의 자기필드와 수직방향인 제2 수신 도전성 와이어 루프를 갖는 제2 전력 수신 장치; 를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 전력 송신 장치는, 송신 공진기를 포함하는 메인 바디; 및 메인 바디 측면에 위치한 받침대를 포함하고, 상기 송신 공진기는 상기 받침대 상에 위치한 상기 제1 전력 수신 장치에 상기 수평방향의 자기필드를 제공할 수 있다.
또한, 상기 송신 공진기는 상기 메인 바디 상에 위치한 상기 제2 전력 수신 장치에 상기 수직방향의 자기필드를 제공할 수 있다.
그리고, 상기 전력 송신 장치는, 실린더형의 송신 도전성 와이어 루프를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 송신 장치는, 와이어 루프가 원형으로 구부러짐으로써 실린더형으로서 형성되는 송신 도전성 와이어 루프를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 전력 송신 장치는, 공진 커패시터 및 상기 송신 도전성 와이어 루프에 전류를 유도하는 피더 도전성 와이어 루프(feeder conductive wire loop)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 전송 시스템은, Root(Qs*Qd)(Qs는 전력 송신 장치의 Q 값, Qd는 전력 수신 장치의 Q 값)에 비례하는 전송 효율을 가질 수 있다.
그리고, 상기 전력 송신 장치는, 1MHz내지 30MHz의 공진주파수를 가질 수 있다.
또한, 상기 전력 송신 장치는, 가변 가능한 공진 주파수를 가질 수 있다.
그리고, 상기 전력 송신 장치는, 가변 가능한 동작 주파수(operating frequency)를 갖는 RF 앰프부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 송신 장치는, RF 앰프부; 송신 도전성 와이어 루프; 및 상기 RF 앰프부와 상기 송신 도전성 와이어 루프 사이에 차폐제; 를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 차폐제는, 페라이트 시트(ferrite sheet)일 수 있다.
또한, 상기 RF 앰프부는, 쉴드 케이스(shied case)로 둘러싸일 수 있다.
그리고, 상기 쉴드 케이스는, 주석도금일 수 있다.
또한, 상기 전력 송신 장치는, 상기 RF 앰프부와 상기 송신 공진부 사이에 기 설정된 이격거리를 갖도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 전력 수신 장치는, 3D안경, 휴대폰, 및 리모컨 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 제2 전력 수진 장치는, 3D안경, 휴대폰, 및 리모컨 중 어느 하나일 수 있다.
그리고, 상기 전력 송신 장치는, 상기 제1 전력 수신 장치를 수납하기 위한 원형 받침대를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 3D 안경을 쉽고 효율적으로 충전할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 시스템을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 시스템의 블럭도를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치를 도시한 도면,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 자기 필드를 설명하기 위해 도시한 도면, 그리고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 차폐구조에 대해 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 전송 시스템의 블럭도를 도시한 도면이다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 전력 송신 장치(100), 제1 전력 수신 장치(200) 및 제2 전력 수신 장치(300)를 포함한다.
전력 송신 장치(100)는 송신 공진기를 이용하여 제1 무선 전력 수신 장치(200) 및 제2 무선 전력 수신 장치(300)에 무선으로 자기적 에너지를 송신한다.
구체적으로, 전력 송신 장치(100)는 실린더 형으로 헝성된 송신 공진기를 이용하여, 지표면에 대하여 수평 방향의 자기 필드와 수직 방향의 자기 필드를 생성한다. 그리고, 전력 송신 장치(100)는 수평 방향의 자기 필드를 이용하여, 받침대에 놓여진 제1 전력 수신 장치(200)를 충전하고, 수직 방향의 자기 필드를 이용하여, 메인 바디의 윗면에 놓여진 제2 전력 수신 장치(300)를 충전한다.
특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신 장치(100)는 수평 방향의 자기 필드 및 수직 방향의 자기 필드를 동시에 생성하기 위하여, 실린더 형 메인 바디 및 실린더 형 송신 도전성 와이어 루프(conductive wire loop)를 포함한다.
제1 전력 수신 장치(200)는 수신 공진기를 이용하여 전력 송신 장치(100)에서 전송되는 자기적 에너지를 이용하여 전원을 충전한다. 구체적으로, 제1 전력 수신 장치(200)는 전력 송신 장치(100)의 송신 공진기에서 생성된 수평 방향의 자기 필드를 이용하여 전원을 충전한다. 이때, 제1 전력 수신 장치(200)의 수신 공진기는 루프면이 수평 방향의 자기 필드와 수직인 제1 수신 도전성 와이어 루프를 포함한다. 여기서 루프면이라 함은, 수신 도전성 와이어 루프가 이루고 있는 면을 말한다.
한편, 제1 전력 수신 장치(200)는 3D 안경일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 리모컨 또는 휴대폰과 같은 장치에도 적용될 수 있다.예를 들어, 리모컨 또는 휴대폰을 받침대에 올려 놓는 경우, 리모컨 또는 휴대폰의 수신 도전성 와이어 루프의 루프면이 수평 방향의 자기 필드와 수직이 되도록 놓으면, 리모컨 또는 휴대폰을 충전할 수 있게 된다.
제2 전력 수신 장치(300)는 수신 공진기를 이용하여 전력 송신 장치(100)에서 전송되는 자기적 에너지를 이용하여 전원을 충전한다. 구체적으로, 제2 전력 수신 장치(300)는 전력 송신 장치(100)의 송신 공진기에서 생성된 수직 방향의 자기 필드를 이용하여 전원을 충전한다. 이때, 제2 전력 수신 장치(300)의 수신 공진기는 루프면이 수직 방향의 자기 필드와 수직인 제2 수신 도전성 와이어 루프를 포함한다.
한편, 제2 전력 수신 장치(300)는 리모컨 또는 휴대폰일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 3D 안경과 같은 장치에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 3D 안경을 메인 바디의 윗면에 올려놓는 경우, 3D 안경의 수신 도전성 와이어 루프의 루프면이 수직 방향의 자기 필드와 수직이 되도록 놓으면, 3D 안경을 충전할 수 있게 된다.
특히, 전력 송신 장치(100), 제1 전력 수신 장치(200) 및 제2 전력 수신 장치(300)는 높은 공진품질계수(Q-factor)를 가질 수 있다. 이는 에너지 수신 효율이 전력 송신 장치(100) 및 전력 수신 장치(200,300)의 Q-factor가 커질수록 커지기 때문이다. 특히, 무선 전력 전송 시스템(100)는 Root(Qs*Qd)(Qs는 전력 송신 장치의 Q 값, Qd는 전력 수신 장치의 Q 값)에 비례하는 전송 효율을 가질 수 있다. 또한, 전력 송신 장치(100) 및 전력 수신 장치(200,300)가 높은 Q-factor를 가지기 위하여 루프(loop)형 공진기를 가지며, 고품질 저손실(즉, 도선의 저항이 작은) 커패시터로 구성될 수 있다. 또한, 금속물이 근처에 있을 때 Q 값이 급격히 낮아지므로, 전력 송신 장치(100) 및 전력 수신 장치(200,300)는 차폐구조를 가질 수 있다.
이하에서는 도 2를 참조하여, 무선 전력 전송 시스템(100)의 무선 충전 방법에 대해 설명하기로 한다.
앞서 살펴본 바와 같이, 무선 전력 전송 시스템(100)은 전력 송신 장치(100) 및 제1 전력 수신 장치(200)를 포함한다. 이때, 전력 송신 장치(100)는 RF 앰프부(RF Amplifier block)(110) 및 송신 공진부(120)를 포함한다.
RF 앰프부(110)는 전원부(미도시)에서 전송된 DC 전압을 이용하여 고주파의 AC 파형을 생성하여 자기장을 형성시키도 공진 주파수에 집중된 자기장을 형성한다. 그리고, RF 앰프부(110)는 고주파(MHz 급)의 AC 파형을 생성하여 송신 공진부(120)로 여자시킨다. 이때, RF 앰프부(110)는 특정 동작 주파수(operational frequency)를 가지며, 특정 동작 주파수는 가변 가능하다.
또한, 특정 동작 주파수는 송신 공진기(120)에서 발생하는 자기장의 공진 주파수와 동일하며, RF 앰프부(110)의 동작 주파수는 13.95MHz 일 수 있다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, RF 앰프부(110)의 동작 주파수는 1~30MHz 범위 내의 주파수일 수 있다. 1~30MHz 범위의 동작주파수를 가지는 경우, 공진기의 사이즈가 작아질 수 있고, 높은 Q-factor를 가질 수 있으며, 동작 주파수의 범위가 너무 크거나 작은 경우, 파워소자의 한계로 전송 효율이 급감하기 때문에 비효율적이다.
송신 공진부(120)는 제1 전력 수신 장치(200)에 송신할 자기적 에너지를 생성한다. 구체적으로, 송신 공진부(120)는 피더 도전성 와이어 루프, 송신 도전성 와이어 루프 및 공진 커패시터를 포함한다.
피더 도전성 와이어 루프는 인덕티브 커플링(inductive coupling) 형태로 연결된 송신 도전성 와이어 루프에 전류를 유도하여, 공진 주파수에 집중된 자장의 생성을 유도한다. 이때 공진 주파수는 상술한 바와 같이, 13.95MHz 일 수 있다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, RF 앰프부(110)의 동작 주파수는 1~30MHz 범위 내의 주파수일 수 있다.
송신 도전성 와이어 루프는 공진 주파수에 집중된 자장을 생성한다. 이때, 송신 도전성 와이어 루프는 지표면과 수평 방향의 자기 필드 및 수직 방향의 자기 필드를 생성하기 위하여, 실린더형일 수 있다. 특히, 송신 도전성 와이어 루프는 와이어 루프가 원형으로 구부러짐으로써 형성될 수 있다. 특히, 송신 도전성 와이어 루프는 메인 바디 내부의 가장자리에 접하여 생성될 수 있다. 송신 도전성 와이어 루프가 생성하는 자기장에 대해서는 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 추후에 설명하기로 한다.
또한, 송신 공진부(120)는 LC 공진기로써, 공진 커패시터와 인덕터의 값들을 변화시켜 공진 주파수를 변경시킬 수 있다.
또한, 전력 송신 장치(100)는 금속물이 근처에 있을 때, Q-factor가 급격히 낮아지는 Eddy field 현상을 방지하기 위해 차폐제를 포함할 수 있다. 전력 송신 장치(100)의 차폐제에 대해서는 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이, 전력 송신 장치(100)는 송신 공진부에서 생성된 자기적 에너지를 무선으로 전력 수신 장치(200,300)에 전송한다.
또한, 전력 수신 장치(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 수신 공진부(210), 정류부(220), DC/DC 변환부(230) 및 충전부(240)를 포함한다.
수신 공진부(210)는 특정 주파수에 집중된 자기적 에너지를 수신한다. 구체적으로, 수신 공진부(210)는 전력 수신 장치(200)(예를 들어, 3D 안경)의 가장자리에 형성된 수신 도전성 와이어 루프, 수신 도전성 와이어 루프에 연결된 공진 커패시터 및 픽업 도전성 와이어 루프를 포함한다. 특히, 전력 수신 장치(200)가 3D 안경인 경우, 수신 도전성 와이어 루프는 3D 안경의 안경테에 형성될 수 있으며, 전력 수신 장치(200)가 리모컨 또는 휴대폰인 경우, 수신 도전성 와이어 루프는 리모컨 또는 휴대폰의 테두리에 형성될 수 있다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 3D 안경, 리모컨 및 휴대폰의 다른 위치에 수신 도전성 와이어 루프가 형성될 수 있다. 이때, 수신 도전성 와이어 루프(121)는 PCB 또는 필름 PCB를 사용하여 형성될 수 있다.
수신 도전성 와이어 루프는 송신 공진부(120)로부터 생성된 공진 주파수의 자기장으로 인하여 수신 공진부(210)가 액티베이션됨으로써, 전류가 흐르게 된다. 이때, 수신 도전성 와이어 루프는 송신 공진부(220)에서 생성된 수평방향의 자기 필드 또는 수직 방향의 자기 필드와 수직으로 놓여짐으로써, 액티베이션된다. 구체적으로, 전력 수신 장치(200)가 받침대에 놓여진 경우, 수신 도전성 와이어 루프는 송신 공진부(120)로부터 발생하는 수평 방향의 자기 필드와 수직이 되도록 놓여짐으로써 액티베이션된다. 또한, 전력 수신 장치(200)가 메인 바디 상에 놓여진 경우, 수신 도전성 와이어 루프는 송신 공진부(120)로부터 발생하는 수직 방향의 자기 필드와 수직이 되도록 놓여짐으로써 액티베이션된다.
픽업 도전성 와이어 루프는 수신 도전성 와이어 루프에서 발생한 전류가 유도되도록 하여, 정류부(220)에 제공한다.
정류부(220)는 픽업 도전성 와이어 루프로부터 전송된 AC 전압을 DC로 정류한다. 이때, 정류부(220)는 4개의 다이오드를 구비하는 브릿지 다이오드 와 필터링 역할을 하는 커패시터를 구비할 수 있다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 정류부(220)는 AC를 DC로 정류하는 다른 회로를 이용하여 구현될 수 있다.
정류부(220)에 의해 정류된 DC 전압이 일정한 전압을 유지하고 있지 않으므로, DC/DC 변환부(230)는 정류된 DC 전압이 일정한 전압으로 유지되도록 DC 전압을 조정한다.
충전부(240)는 상기 정류된 일정 전압을 배터리에 충전한다. 특히, 충전부(240)는 정류부(220)의 출력전압을 사용하여 충전동작을 제어하는 충전 IC 및 배터리를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, 전력 송신 장치(100)를 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 송신 장치(100)의 외부 구성을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전력 송신 장치(100)는 메인 바디(130), 받침대(140), 표시부(150) 및 전원 버튼부(160)를 포함한다.
메인 바디(130)는 전력 송신 장치(100)의 송신 공진부(120)를 수용한다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 실린더 형의 송신 공진부(120)를 수용하기 위해, 메인 바디(130)는 실린더 형이다. 그리고, 메인 바디(130)는 제2 전력 수신 장치(300)가 놓여질 수 있도록 평평한 윗면(170)을 포함한다. 따라서, 제2 전력 수신 장치(300)가 메인 바디(130)의 윗면에 놓여짐으로써, 수직 방향의 자기 필드로 인해 무선 충전이 가능하게 된다.
받침대(140)는 메인 바디(130)의 측면에 형성된다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 받침대(140)의 테두리에는 전력 송신 장치(100)의 전원 상태 등을 알려주는 표시부(150)를 포함한다. 이때, 받침대(140)는 제1 전력 수신 장치(200)가 수납될 수 있도록 원형판 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 제1 전력 수신 장치(200)가 받침대 위에 놓여짐으로써, 수평 방향의 자기 필드로 인해 무선 충전이 가능하게 된다.
또한, 전력 송신 장치(100)는 전력 수신 장치(200,300)를 충전 여부에 따라, 전원을 제어하기 위한 전원 버튼부(160)를 포함한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 송신 장치(200)에서 생성된 자기장을 나타내는 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 실린더 형의 전력 송신 장치(100)는 수직 방향의 자기 필드(430) 및 수평 방향의 자기 필드(440)를 발생한다. 따라서, 수직 방향의 자기 필드(430)는 제2 전력 수신 장치(300)의 루프면(410)과 수직을 이룸으로써, 제2 전력 수신 장치(300)를 충전한다. 또한, 수평 방향의 자기 필드(440)는 제1 전력 수신 장치(200)의 루프면(420)과 수직을 이룸으로써, 제1 전력 수신 장치(200)를 충전한다.
또한, 도 4b는 도 4a에 도시된 전력 송신 장치(100)의 내부에 포함된 송신 공진부(120)를 도시한 도면이다. 상술한 바와 같이, 전력 송신 장치(100)가 수직 방향의 자기 필드(430)와 수평 방향의 자기 필드(440)를 생성하기 위해, 송신 공진부(120)는 실린더 형태이다.
도 4c는 실린더형 송신 공진기(120)의 자기 필드를 나타낸 도면이다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 실린더형 송신 공진(120)의 자기 필드는 윗면과 옆면의 수직 방향으로 형성됨을 알 수 있다.
한편, 전력 송신 장치(100)가 금속 테이블에 놓여진 경우, 금속 테이블로 인하여 송신 공진기(120)의 공진 주파수가 이동되거나, Q-factor가 저하되는 현상(Eddy Current 효과)이 발생한다. 따라서, 금속 테이블로 인해 전력 송신 장치(100)의 충전 성능이 감소하는 현상을 방지하기 위해, 전력 송신 장치(100)는 차폐 구조를 포함할 수 있다. 이하에서는 도 5를 참조하여, 전력 송신 장치(100)의 차폐 구조에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 차폐 구조가 포함된 전력 송신 장치(100)를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 RF 앰프부(110) 및 송신 공진부(120)에 대한 설명은 도 2에서 설명한 바와 같다.
전력 송신 장치(100)가 Eddy Current 효과를 방지하기 위하여, RF 앰프부(110)는 쉴드 케이스(shied case)(113)로 둘러쌓인다. 이때, 쉴드 케이스는 주석 도금일 수 있다.
또한, RF 앰프부(110)와 송신 공진부(120) 사이에 차폐제(115)를 더 포함할 수 있다. 이때, 차폐제(115)는 페라이트 시트(ferrite sheet)로 구현될 수 있다. 차폐제는 저저항 경로를 확보하여, Q-factor의 대부분을 보상한다.
또한, RF 앰프부(110)와 송신 공진부(120) 사이에 기 설정된 이격구간(117)을 갖도록 형성될 수 있다. 이는 공진 주파수의 변화를 사전에 차단하기 위해서이다.
상술한 쉴드 케이스(113), 차폐제(115) 및 이격구간(117)을 통해 공진 주파수가 변하고, Q-factor가 감소하는 Eddy Current 현상을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서 설명한 실시예에서 수신 도전성 와이어 루프가 송신 공진부(120)에서 발생하는 자기 필드에 수직 방향인 것으로 상정하였으나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 다른 각도에 의해 구현될 수 있다. 즉, 수신 도전성 와이어 루프가 자기 필드와 수직인 경우, 에너지 수신 효율이 가장 높다는 것을 의미할 뿐, 다른 각도(수직에 가까운 각도)를 적용하여 본 발명을 구현할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 하나의 전력 송신 장치를 통해 복수의 전력 수신 장치(3D 안경, 리모컨, 휴대폰 등)를 충전함으로써, 사용자는 보다 쉽고 효율적으로 각종 기기들을 충전할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100: 전력 송신 장치 110: RF 앰프부
120: 송신 공진부 200: 제1 전력 수신 장치
210: 수신 공진부 220: 정류부
230: DC/DC 변환부 240: 충전부
300: 제2 전력 수신 장치

Claims (38)

  1. 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    RF 앰프부(RF Amplifier block);
    송신 공진부를 포함하는 메인 바디; 및
    상기 메인 바디 측면에 위치한 받침대;
    를 포함하며,
    상기 송신 공진부는 송신 도전성 와이어 루프(conductive wire loop)를 사용하여 상기 받침대 상에 위치한 제1 전력 수신 장치에 수평 자기 필드를 제공하고,
    상기 제1 전력 수신 장치는 루프 면이 상기 수평 자기 필드와 수직방향인 제1 수신 도전성 와이어 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신 공진부는 상기 송신 도전성 와이어 루프를 사용하여, 상기 메인 바디 상에 위치한 제2 전력 수신 장치에 수직 자기 필드를 제공하고,
    상기 제2 전력 수신 장치는 루프 면이 상기 수직 자기 필드와 수직방향인 제2 수신 도전성 와이어 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인 바디는,
    실린더형인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 받침대는,
    원형판인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송신 도전성 와이어 루프는,
    실린더형인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 송신 도전성 와이어 루프는,
    와이어 루프가 원형으로 구부러짐으로써 실린더형으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송신 공진부는,
    공진 커패시터 및 상기 송신 도전성 와이어 루프에 전류를 유도하는 피더 도전성 와이어 루프(feeder conductive wire loop)를 더 포함하는 것을 특징을 하는 무선 전력 송신 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 장치는,
    Root(Qs*Qd)(Qs는 전력 송신 장치의 Q 값, Qd는 전력 수신 장치의 Q 값)에 비례하는 전송 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 송신 공진부는,
    1MHz 내지 30MHz의 공진주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 송신 공진부는,
    가변 가능한 공진 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 RF 앰프부는,
    가변 가능한 동작 주파수(operating frequency)를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 송신 도전성 와이어 루프는,
    상기 메인 바디 내부의 가장자리에 접하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 송신 도전성 와이어 루프는,
    수직 자기 필드 및 수평 자기 필드를 동시에 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 장치는,
    상기 RF 앰프부와 상기 송신 공진부 사이에 차폐제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 차폐제는,
    페라이트 시트(ferrite sheet)인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 RF 앰프부는,
    쉴드 케이스(shied case)로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 쉴드 케이스는 주석도금인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 장치는,
    상기 RF 앰프부와 상기 송신 공진부 사이에 기 설정된 이격거리를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 수신 장치는,
    3D안경, 휴대폰, 및 리모컨 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  20. 제2항에 있어서,
    상기 제2 전력 수진 장치는,
    3D안경, 휴대폰, 및 리모컨 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  21. 무선 전력 전송 시스템에 있어서,
    수직방향의 자기 필드와 수평방향의 자기필드를 동시에 생성하는 전력 송신 장치;
    루프 면이 상기 수평방향의 자기필드와 수직방향인 제1 수신 도전성 와이어 루프를 갖는 제1 전력 수신 장치; 및
    루프 면이 상기 수평방향의 자기필드와 수직방향인 제2 수신 도전성 와이어 루프를 갖는 제2 전력 수신 장치;
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 전력 송신 장치는,
    송신 공진기를 포함하는 메인 바디; 및
    메인 바디 측면에 위치한 받침대를 포함하고,
    상기 송신 공진기는 상기 받침대 상에 위치한 상기 제1 전력 수신 장치에 상기 수평방향의 자기필드를 제공하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 송신 공진기는 상기 메인 바디 상에 위치한 상기 제2 전력 수신 장치에 상기 수직방향의 자기필드를 제공하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 전력 송신 장치는,
    실린더형의 송신 도전성 와이어 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 전력 송신 장치는,
    와이어 루프가 원형으로 구부러짐으로써 실린더형으로서 형성되는 송신 도전성 와이어 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 전력 송신 장치는,
    공진 커패시터 및 상기 송신 도전성 와이어 루프에 전류를 유도하는 피더 도전성 와이어 루프(feeder conductive wire loop)를 더 포함하는 것을 특징을 하는 무선 전력 전송 시스템.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 시스템은,
    Root(Qs*Qd)(Qs는 전력 송신 장치의 Q 값, Qd는 전력 수신 장치의 Q 값)에 비례하는 전송 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 전력 송신 장치는,
    1MHz내지 30MHz의 공진주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  29. 제21항에 있어서,
    상기 전력 송신 장치는,
    가변 가능한 공진 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  30. 제21항에 있어서,
    상기 전력 송신 장치는,
    가변 가능한 동작 주파수(operating frequency)를 갖는 RF 앰프부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  31. 제21항에 있어서,
    상기 전력 송신 장치는,
    RF 앰프부;
    송신 도전성 와이어 루프; 및
    상기 RF 앰프부와 상기 송신 도전성 와이어 루프 사이에 차폐제;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 차폐제는,
    페라이트 시트(ferrite sheet)인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 RF 앰프부는,
    쉴드 케이스(shied case)로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 쉴드 케이스는,
    주석도금인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  35. 제31항에 있어서,
    상기 전력 송신 장치는,
    상기 RF 앰프부와 상기 송신 공진부 사이에 기 설정된 이격거리를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  36. 제21항에 있어서,
    상기 제1 전력 수신 장치는,
    3D안경, 휴대폰, 및 리모컨 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  37. 제21항에 있어서,
    상기 제2 전력 수진 장치는,
    3D안경, 휴대폰, 및 리모컨 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  38. 제21항에 있어서,
    상기 전력 송신 장치는,
    상기 제1 전력 수신 장치를 수납하기 위한 원형 받침대를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 시스템.
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