KR20120082993A - 자기공명 무선전력전송 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기공명 무선전력전송 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기기(機器)와 근거리통신(NFC) 또는 무선전력전송(WPT)을 위한 소스코일과, 상기 소스코일에서 무선으로 전송하는 통신 또는 전력을 수신하기 위하여 디바이스코일로 구성하는 자기공명 무선전력전송 장치에 있어서, 상기 소스코일과 기기 사이에 위치하는 제1공진코일과, 상기 기기 내부의 디바이스코일과 외부 제1공진코일 사이에 위치하는 제2공진코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명 무선전력전송 장치에 관한 것이다.

Description

자기공명 무선전력전송 장치{Magnetic resonant wireless power transferring devices}

본 발명은 자기공명 무선전력전송 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기 공명 방식의 무선전력전송(WPT: Wireless Power Transfer) 또는 근거리통신(NFC: Near Field Communication)의 전력 송?수신 효율을 높이기 위해 자기 공진(magnetic resonance) 안테나를 기기(機器)의 케이스에 부착하는 구조에 관한 것이다.

최근 통신 및 정보처리 기술이 발달됨에 따라 휴대하기 편리한 휴대전화, MP3 Player, PMP, 노트북 등 모바일 기기들의 사용이 점차적으로 증가하고 있으며, 기술의 발달에 따라 향상된 성능과 다양한 기능을 탑재한 모바일 기기들이 계속적으로 보급되고 있다.

이러한 추세에 따라 모바일 기기의 전력 전송 및 통신 방식에도 많은 변화가 요구된다. 종래에는 접촉식 전력 전송 및 통신 방식이 주를 이루었으며, 모바일 기기 마다 각기 다른 충전기와 데이터 케이블을 가지고 있어 많은 불편함을 초래한다.

이러한 점을 해결하기 위해 모바일 기기의 충전지가 충전 모체와 전기적으로 결합하여 충전 모체의 에너지를 충전할 수 있는 무선전력전송 방식이 개발되었다. 무선전력전송 방식은 도 1에 도시한 바와 같이 고주파로 동작하는 변압기의 1차 회로(소스코일: Source coil)를 충전 모체에 구성하고, 2차 회로를 축전지(디바이스코일: Device coil) 측 즉, 모바일 기기 내에 구성함으로써 충전 모체의 에너지를 자기 결합에 의해 모바일 기기의 축전지에 제공하는 방식이다. 자기 결합을 이용한 비접촉식 충전 방식은 이미 일부 분야(전동 칫솔, 전기면도기 등)에 이용된다.

그러나 휴대전화, MP3 Player, 노트북 등 다양한 모바일 기기에 응용하고자 할 경우 모바일 장치 측에 추가되는 부피와 무게가 고려되어야 하며 또한 전력 손실, 송?수신 신호 전달 약화 및 인체의 유해한 전자기파 발생 등의 문제점을 야기하기 때문에 개발에 제약을 받는다.

이러한, 기존의 비접촉 방식의 충전 및 통신 방법은 디바이스 코일을 모바일 기기의 칩 내부와 그 표면에 배치하였기 때문에 면적이 협소하고 안테나의 크기가 제한되므로 송?수신되는 전력 및 신호의 효율이 떨어진다는 문제를 가지고 있었다.

그리고, USIM 카드에 NFC 무선 통신 기능을 내장하여 휴대전화에 USIM 카드를 삽입하면 NFC 기능을 지원하는 휴대전화가 된다. USIM 카드에 NFC 통신 기능을 내장하는 경우에 USIM 카드 표면에 NFC 송수신 안테나를 내장하게 되는데, USIM 카드의 면적이 작기 때문에 NFC 송수신 안테나의 면적이 제한되고, 이에 따라 NFC 모드의 동작을 위한 수신 전력이 부족한 문제가 발생하였다.

상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 모바일 기기(휴대전화, MP3 Player, 노트북 등)에 스티커 형태의 자기 공진코일을 부착함으로써, 자기 공진 방식으로 무선전력전송(WPT) 및 근거리통신(NFC) 효율을 높이고자 하는 것이다.

또한, 본 발명을 NFC 안테나가 내장된 휴대전화의 USIM 카드에 적용하는 경우, 공진코일을 스티커 타입으로 휴대전화의 표면 또는 내부에 부착함으로써, USIM 카드에 내장된 NFC 안테나와 부착된 공진코일 안테나가 자기 공진을 통하여 효율적인 근거리통신 송?수신이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명을 무선전력전송(WPT)에 이용하는 경우, 휴대전화의 배터리 또는 케이스에 내장된 전력 수신 안테나(디바이스코일)와 공진이 발생하도록 공진코일을 케이스의 표면 또는 내부면에 부착함으로써, 무선전력전송 효율을 높이는데 그 목적이 있다.

상기한 종래 문제점을 해결하고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치는 기기(機器)로 무선전력전송(WPT) 또는 근거리통신(NFC)을 송신하기 위한 소스코일과; 상기 기기 내부에 위치하여 소스코일에서 무선으로 전송하는 무선전력전송(WPT) 또는 근거리통신(NFC)을 수신하기 위한 디바이스코일;로 구성하는 자기공명 무선전력전송 장치에 있어서, 상기 소스코일과 기기 사이에 위치하는 제1공진코일과, 상기 기기의 내부 디바이스코일과 외부 제1공진코일 사이에 위치하는 제2공진코일을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치에 있어서, 상기 디바이스코일은 소스코일과 무선전력전송(WPT)을 위하여 상기 기기(機器) 내부의 배터리 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치에 있어서, 상기 디바이스코일은 소스코일과 근거리통신(NFC)을 위하여 상기 기기(機器) 내부의 NFC 기능을 내장한 USIM 카드 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치에 있어서, 상기 제2공진코일은 스티커(sticker) 형태로 구현하여 상기 기기의 내부 또는 외부에 부착하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치에 있어서, 상기 디바이스코일과 제2공진코일은 서로 결합된 회로로 구성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치에 있어서, 상기 제2공진코일은 프린트 방식으로 기기의 배터리 커버 내부 또는 외부 표면에 직접 프린트 하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 디바이스코일을 USIM 카드에 양방향으로 권선함에 따라 모바일 기기(휴대전화, MP3 Player, 노트북 등) 본체에 디바이스코일을 적용함으로써 생길 수 있는 부피나 무게의 제약에서 벗어 날 수 있다. 또한, 제2공진코일을 스티커 타입이나 케이스 자체에 임플란트 형태로 적용함으로써, 기존의 다양한 모바일 기기에 사용할 수 있기 때문에 디바이스 재구매에 대한 비용 부담이 줄일 수 효과가 있다.

둘째, 모바일 기기가 진동이나 외부 충격에 의해 유동 되더라도 공진코일의 유도결합에 의해 자속 밀도가 크게 벗어나지 않게 함으로써 무선전력전송 및 근거리통신 송?수신 효율의 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 종래 무선전력전송 방식을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치의 개념을 나타낸 블록도 이다.
도 3a은 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 방식의 개념을 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치를 모바일 기기에 적용한 형태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 자기공명 무선전력전송 장치에 있어서 공진코일의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 5은 본 발명의 제1실시 예에 따른 디바이스코일 및 제2공진코일을 근거리통신(NFC)을 위하여 휴대전화의 USIM 카드에 적용한 형태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 디바이스코일 및 제2공진코일을 무선전력전송(WPT)을 위하여 휴대전화의 배터리에 적용한 형태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 디바이스코일 및 제2공진코일을 근거리통신(NFC) 및 무선전력전송(WPT)을 위하여 휴대전화 본체에 적용한 형태를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치의 개념을 나타낸 블록도 이고, 도 3a은 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 방식의 개념을 나타낸 도면이며, 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치를 모바일 기기에 적용한 형태를 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치(100)는 모바일 기기(휴대전화, MP3 Player, 노트북 등: 10)와 근거리통신(NFC) 또는 무선전력전송(WPT)을 위한 소스코일(200)과, 상기 소스코일(200)에서 무선으로 전송하는 통신 또는 전력을 수신하기 위하여 모바일 기기(10) 내부의 NFC 기능을 내장한 유심카드(USIM, 11) 또는 배터리(battery, 12) 상에 위치하는 디바이스코일(300) 및 상기 디바이스코일(300)에서 수신한 AC전압을 DC전압으로 변환하는 정류회로장치(400)로 구성한다.

여기서, 상기 소스코일(200)과 외부 모바일 기기(10) 사이에 위치하는 제1공진코일(210)과, 상기 모바일 기기(10)의 내부 디바이스코일(300)과 외부 제1공진코일(210) 사이에 위치하는 제2공진코일(310)을 더 포함한다.

이때, 상기 디바이스코일(300) 및 제2공진코일(310)은 스티커(sticker) 형태로 구현하여 상기 모바일 기기(10)의 내부 또는 외부에 부착한다.

상기 제2공진코일(310)은 프린트 방식으로 모바일 기기(10)의 배터리 커버(13) 표면에 직접 프린트 하는 것 또한 가능하다.

그리고, 상기 디바이스코일(300)과 제2공진코일(310)은 서로 결합된 회로로도 구성이 가능하다.

이러한, 도 3b에 도시한 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치(100)를 모바일 기기(10)에 적용한 형태는 소스코일(200)과, 모바일 기기(10) 내부에 형성하는 디바이스코일(300) 사이에 각각 제1공진코일(210)과 제2공진코일(310)을 더 구성함으로써, 제1, 2공진코일(210, 310)의 유도결합에 의해 자속 밀도가 크게 벗어나지 않게 함으로써 전력 전송 및 근거리 송?수신 효율의 저하를 방지할 수 있는 효과를 가진다.

도 4는 본 발명에 따른 자기공명 무선전력전송 장치에 있어서 공진코일의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 자기공명 무선전력전송 장치의 공진코일(210, 310)은 자기 공명 방식의 근거리통신 송?수신과 무선 전력 전송을 위한 공진 주파수가 하기 수학식과 같고, 이 수학식은 L과 C의 값의 변화에 의해 결정된다. 여기서 L은 공진 코일의 인덕턴스(inductance)이고, C는 공진 코일의 커패시턴스(capacitance)이다.

[수학식]

본 발명의 근거리통신(NFC) 방식은 13.56MHz의 주파수를 사용하며, 무선 전력 전송에서는 110KHz에서 205KHz 사이의 주파수가 사용된다. 그러나 본 발명의 기본 사상은 13.56MHz 또는 110KHz에서 205KHz 사이의 주파수 동작주파수에 의하여 제한되지 않는다.

도 5은 본 발명의 제1실시 예에 따른 디바이스코일 및 제2공진코일을 근거리통신(NFC)을 위하여 휴대전화의 USIM 카드에 적용한 형태를 나타낸 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 제1실시 예에 따른 근거리통신(NFC)은 휴대전화(10a) 내부의 NFC 무선 통신 기능을 내장한 USIM 카드(11a) 상에 디바이스코일(300a)을 형성하고, 제2공진코일(310a)을 배터리 커버(13a)의 디바이스코일(300a)과 접하는 부분 내?외부에 형성한다.

이때, 상기 디바이스코일(300a)은 도 3b에 도시한 방식과 동일한 방식으로 근거리통신을 한다.

도 6은 본 발명의 제2실시 예에 디바이스코일 및 제2공진코일을 무선전력전송(WPT)을 위하여 휴대전화의 배터리에 적용한 형태를 나타낸 도면이다.

도 6에 도시한 바와 같이 본 발명의 제2실시 예에 따른 무선전력전송(WPT)은 휴대전화(10b) 내부의 배터리(12b) 상에 디바이스코일(300b)을 형성하고, 제2공진코일(310b)을 배터리 커버(13b)의 디바이스코일(300b)과 접하는 부분 내?외부에 형성한다.

이때, 상기 디바이스코일(300b)은 도 3b에 도시한 방식과 동일한 방식으로 무선전력전송을 한다.

도 7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 디바이스코일 및 제2공진코일을 근거리통신(NFC) 및 무선전력전송(WPT)을 위하여 휴대전화 본체에 적용한 형태를 나타낸 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이 본 발명의 제3실시 예에 따른 근거리통신(NFC) 및 무선전력전송(WPT)은 휴대전화(10c) 본체 내부에 디바이스코일(300c)을 형성하고, 제2공진코일(310c)을 배터리 커버(13c)의 디바이스코일(300c)과 접하는 부분 내?외부에 형성한다.

여기서, 상기 디바이스코일(300c)은 도 3b에 도시한 방식과 동일한 방식으로 근거리통신 및 무선전력전송을 하며, 이때 근거리통신은 휴대전화(10c) 내부의 NFC 무선 통신 기능을 수행하는 칩(미도시)과 이루어지는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치(100)는 디바이스코일(300, 300a, 300b, 300c)을 모바일 기기(10) 또는 휴대전화(10a, 10b, 10c)의 USIM 카드(11, 11a, 11b) 또는 배터리(12, 12a, 12b, 12c)에 양방향으로 권선함에 따라 모바일 기기(휴대전화, MP3 Player, 노트북 등) 본체에 디바이스코일을 적용함으로써 생길 수 있는 부피나 무게의 제약에서 벗어 날 수 있다. 또한, 제2공진코일(310, 310a, 310b, 310c)을 스티커 타입이나 케이스 자체에 임플란트 형태로 적용할 수 있어 기존의 다양한 모바일 기기에 사용할 수 있기 때문에 디바이스 재구매에 대한 비용 부담이 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 무선전력전송 장치(100)는 모바일 기기(10)가 진동이나 외부 충격에 의해 유동 되더라도 제1, 2공진코일(210, 310, 310a, 310b, 310c)의 유도결합에 의해 자속 밀도가 크게 벗어나지 않게 함으로써 전력 전송 및 근거리 송?수신 효율의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 모바일 기기
10a, 10b, 10c : 휴대전화
11, 11a, 11b : USIM 카드
12, 12a, 12b, 12c : 배터리
13, 13a, 13b, 13c : 배터리커버
100 : 자기공명 무선전력전송 장치
200 : 소스코일
210 : 제1공진코일
300, 300a, 300b, 300c : 디바이스코일
310, 310a, 310b, 310c : 제2공진코일
400 : 정류회로장치

Claims (9)

1. 무선전력전송을 위한 소스코일과; 소스코일에서 무선으로 전송하는 전력을 수신하기 위한 디바이스 코일;로 구성하는 자기공명 무선전력전송 장치에 있어서,
   상기 디바이스코일은 USIM카드에 배치하고, 동작 거리 내지 동작 효율을 증가시키기 위해 디바이스코일과 일정한 거리를 두고 배치한 제2공진 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명 무선전력전송 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제2공진코일을 배터리 케이스의 표면 내?외부에 배치함에 있어, USIM카드와 수직한 위치에 스티커 형태로 적용하는 것을 특징으로 하는 자기공명 무선전력전송 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제2공진코일을 배터리 케이스의 표면 내?외부에 배치함에 있어, USIM카드와 수직한 위치의 케이스 표면에 직접 프린트 하는 것을 특징으로 하는 자기공명 무선전력전송 장치.
4. 무선전력전송을 위한 소스코일과; 소스코일에서 무선으로 전송하는 전력을 수신하기 위한 디바이스 코일;로 구성하는 자기공명 무선전력전송 장치에 있어서,
   상기 디바이스코일은 배터리에 배치하고, 동작 거리 내지 동작 효율을 증가시키기 위해 디바이스코일과 일정한 거리를 두고 배치한 제2공진 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명 무선전력전송 장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제2공진코일을 배터리 케이스의 표면 내?외부에 배치함에 있어, 배터리와 수직한 위치에 스티커 형태로 적용하는 것을 특징으로 하는 자기공명 무선전력전송 장치.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 제2공진코일을 배터리 케이스의 표면 내?외부에 배치함에 있어, 배터리와 수직한 위치의 케이스 표면에 직접 프린트 하는 것을 특징으로 하는 자기공명 무선전력전송 장치.
7. 무선전력전송을 위한 소스코일과; 소스코일에서 무선으로 전송하는 전력을 수신하기 위한 디바이스 코일;로 구성하는 자기공명 무선전력전송 장치에 있어서,
   상기 디바이스코일은 기기(機器)의 본체 배치하고, 동작 거리 내지 동작 효율을 증가시키기 위해 디바이스코일과 일정한 거리를 두고 배치한 제2공진 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명 무선전력전송 장치.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 제2공진코일을 배터리 케이스의 표면 내?외부에 배치함에 있어, 스티커 형태로 적용하는 것을 특징으로 하는 자기공명 무선전력전송 장치.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 제2공진코일을 배터리 케이스의 표면 내?외부에 배치함에 있어, 케이스 표면에 직접 프린트 하는 것을 특징으로 하는 자기공명 무선전력전송 장치.

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