KR20130101245A - 무선전력 송신장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 수신장치에 전력을 전송하는 무선전력 송신장치는 제1 코일, 제2 코일 및 제3 코일을 포함하고, 상기 제1 코일은 평면을 형성하고, 상기 제2 코일은 상기 제1 코일의 일점에 연결되는 제1 연결선 및 상기 제1 코일의 타점에 연결되는 제2 연결선을 포함하며, 상기 제3 코일은 상기 제1 연결선 및 상기 제2 연결선과 연결된다.
본 발명의 다양한 실시 예는 무선전력 송신장치가 차지하는 면적을 줄이고, 송신 측과 수신 측 사이의 전력 전달 효율을 극대화시킬 수 있고, 무선전력 송신장치의 형태를 다양화시킬 수 있고, 무선전력 송신장치를 기판 상에 임베디드화 시킬 수 있으며, 자기장을 이용하여 전력 전송하는 NFC 안테나, 자기 공진을 이용한 무선전력 전송, 전자기 유도를 이용한 무선전력 전송 분야 등 다양한 분야에 적용 가능하다.

Description

무선전력 송신장치{APPARATUS FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER}
본 발명은 무선전력 송신장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 송신 측과 수신 측간 전력 전송 효율을 극대화시킬 수 있는 무선전력 송신장치에 관한 것이다.
무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도 되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 전자기 유도는 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상을 말한다. 전자기 유도 방식은 소형 기기를 중심으로 상용화가 빠르게 진행되고 있으나, 전력의 전송 거리가 짧은 문제가 있다.
현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 전자기 유도 이외에 자기 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.
최근에는 이와 같은 무선 전력 전송 기술 중 자기 공진을 이용한 에너지 전달 방식이 많이 사용되고 있다.
자기 공진을 이용한 무선전력 전송 시스템은 송신 측과 수신 측에 형성된 전기신호가 코일을 통해 무선으로 전달되기 때문에 사용자는 휴대용 기기와 같은 전자기기를 손쉽게 충전할 수 있다.
그러나, 종래에는 송신 측에서 수신 측에 전송되는 전력에 관한 제어가 어려웠다.
이러한 문제를 극복하기 위해 특허문헌인 공개특허공보 제10-2011-0019772호(전기 구동형 자동차를 위한 비접촉 방식의 전력 송수신 장치 및 이를 이용한 전력 공급 시스템)는 전자기 유도에 의한 비접촉 방식으로 수신 측의 코일을 상하로 이동시켜 전력을 제공하는 전력 송수신 장치를 개시하고 있다.
그러나, 종래에는 전력 전송 효율을 최대로 유지시키기 어려운 문제가 있었다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 송신장치의 구조를 통해 전류의 흐름을 조절하여 자기장의 방향과 세기를 조절할 수 있는 무선전력 송신장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 무선전력 송신장치가 차지하는 면적을 최소화하고, 송신 측과 수신 측 간의 전력 전송 효율을 극대화시킬 수 있는 무선전력 송신장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 자기장을 이용하여 전력을 전송하는 다양한 분야 적용 가능한 무선전력 송신장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 수신장치에 전력을 전송하는 무선전력 송신장치는 제1 코일, 제2 코일 및 제3 코일을 포함하고, 상기 제1 코일은 평면을 형성하고, 상기 제2 코일은 상기 제1 코일의 일점에 연결되는 제1 연결선 및 상기 제1 코일의 타점에 연결되는 제2 연결선을 포함하며, 상기 제3 코일은 상기 제1 연결선 및 상기 제2 연결선과 연결된다.
상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 하나의 도선으로 연결될 수 있다.
상기 제3 코일은 하나의 도선이 복수 번 권선되어 원형을 형성할 수 있다.
상기 제3 코일은 하나의 도선이 복수 번 권선되어 스파이럴(spiral) 구조를 형성할 수 있다.
상기 제3 코일은 하나의 도선이 복수 번 권선되어 헬리컬(helical) 구조를 형성할 수 있다.
상기 무선전력 송신장치는 상기 제1 코일이 형성하는 평면 내부에 배치되는 자성체를 더 포함할 수 있다.
상기 자성체는 페라이트 또는 자석으로 구성될 수 있다.
상기 제1 연결선은 상기 제1 코일의 일점 위에 배치되고, 상기 제2 연결선은 상기 제1 코일의 타점 위에 배치되고, 상기 제1 연결선 및 상기 제2 연결선은 상기 제1 코일을 따라 이동 가능하다.
상기 제1 코일은 사각형 또는 원형의 구조를 갖을 수 있다.
상기 제1 연결선 및 상기 제2 연결선은 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.
상기 무선전력 송신장치는 전자기 유도에 의해 상기 무선전력 수신장치에 전력을 전송할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기 공진에 의해 무선전력 수신장치에 전력을 전송하는 무선전력 송신장치는, 전력 소스로부터 전력을 수신하는 송신 유도 코일 및 상기 송신 유도 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 송신 공진 코일을 포함하고, 상기 송신 공진 코일은, 제1 코일, 제2 코일 및 제3 코일을 포함하고, 상기 제1 코일은 평면을 형성하고, 상기 제2 코일은 상기 제1 코일의 일점에 연결되는 제1 연결선 및 상기 제1 코일의 타점에 연결되는 제2 연결선을 포함하며, 상기 제3 코일은 상기 제1 연결선 및 상기 제2 연결선과 연결될 수 있다.
상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 하나의 도선으로 연결될 수 있다.
상기 제3 코일은 하나의 도선이 복수 번 권선되어 원형을 형성할 수 있다.
상기 제3 코일은 하나의 도선이 복수 번 권선되어 스파이럴(spiral) 구조를 형성할 수 있다.
상기 제3 코일은
하나의 도선이 복수 번 권선되어 헬리컬(helical) 구조를 형성할 수 있다.
무선전력 송신장치는 상기 제1 코일이 형성하는 평면 내부에 배치되는 자성체를 더 포함할 수 있다.
상기 자성체는 페라이트 또는 자석으로 구성될 수 있다.
상기 제1 연결선은 상기 제1 코일의 일점 위에 배치되고, 상기 제2 연결선은 상기 제1 코일의 타점 위에 배치되고, 상기 제1 연결선 및 상기 제2 연결선은 상기 제1 코일을 따라 이동 가능하다.
상기 제1 코일은 사각형 또는 원형의 구조를 갖을 수 있다.
상기 제1 연결선 및 상기 제2 연결선은 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 무선전력 송신장치가 차지하는 면적을 줄이고, 송신 측과 수신 측 사이의 전력 전달 효율을 극대화시킬 수 있다.
둘째, 무선전력 송신장치의 형태를 다양화시킬 수 있고, 무선전력 송신장치를 기판 상에 임베디드화 시킬 수 있다.
셋째, 자기장을 이용하여 전력 전송하는 NFC 안테나, 자기 공진을 이용한 무선전력 전송, 전자기 유도를 이용한 무선전력 전송 분야 등 다양한 분야에 적용 가능하다.
한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 송신 유도 코일(210)의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 전력 소스(100)와 무선전력 송신장치(200)의 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선전력 수신장치(300)의 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(200)의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(200)의 무선전력 송신장치(230)에 전류가 흐를 때 발생되는 자기장을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(200)의 제2 코일(232) 및 제3 코일이 좌 측으로 이동한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 무선전력 송신장치(200)의 무선전력 송신장치(230)에 전류가 흐를 때 발생되는 자기장을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(200)의 제2 코일(232) 및 제3 코일이 우 측으로 이동한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9의 무선전력 송신장치(200)의 무선전력 송신장치(230)에 전류가 흐를 때 발생되는 자기장을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(230)의 구조도이다.
도 12는 도 11의 무선전력 송신장치(230)에 전류가 흐를 때 발생되는 자기장을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(230)의 구조도이다.
도 14는 도 13의 무선전력 송신장치(230)에 전류가 흐를 때 발생되는 자기장을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(230)의 구조도이다.
도 16은 도 15의 무선전력 송신장치(230)에 전류가 흐를 때 발생되는 자기장을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 무선전력 전송 시스템은 전력 소스(100), 무선전력 송신장치(200), 무선전력 수신장치(300)를 포함할 수 있다.
무선전력 송신장치(200)는 송신 유도 코일(210) 및 송신 공진 코일(220)을 포함할 수 있다.
무선전력 수신장치(300)는 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320), 정류 회로(330), 부하(340)을 포함할 수 있다.
전력 소스(100)의 양단은 송신 유도 코일(210)의 양단과 연결된다.
송신 공진 코일(220)은 송신 유도 코일(210)과 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.
수신 공진 코일(310)은 수신 유도 코일(320)과 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.
수신 유도 코일(320)의 양단은 정류 회로(330)의 양단과 연결되고, 부하(340)는 정류 회로(330)의 양단에 연결된다. 일 실시 예에서 부하(340)는 무선전력 수신장치(300)에 포함되지 않고, 별도로 구성될 수 있다.
전력 소스(100)에서 생성된 전력은 무선전력 송신장치(200)로 전달되고, 무선전력 송신장치(200)로 전달된 전력은 자기 공진 현상에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진을 이루는 즉, 공진 주파수 값이 동일한 무선전력 수신장치(300)로 전달된다.
이하에서는 보다 구체적으로 전력전송 과정을 설명한다.
전력 소스(100)는 소정 주파수의 교류 전력을 제공하는 교류 전력 소스일 수 있다.
송신 유도 코일(210)에는 전력 소스(100)로부터 공급받은 전력에 의해 교류 전류가 흐른다. 송신 유도 코일(210)에 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격 되어 있는 송신 공진 코일(220)에도 교류 전류가 유도된다. 그 후, 송신 공진 코일(220)로 전달된 전력은 자기 공진에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진 회로를 이루는 무선전력 수신장치(300)로 전달된다.
임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로 사이는 자기 공진에 의해 전력이 전송될 수 있다.
이와 같은 자기 공진에 의한 전력 전송은 전자기 유도에 의한 전력 전송보다 더 먼 거리까지 더 높은 효율로 전력 전달이 가능하게 한다.
수신 공진 코일(310)은 송신 공진 코일(220)로부터 자기 공진에 의해 전력을 수신한다. 수신된 전력으로 인해 수신 공진 코일(310)에는 교류 전류가 흐른다. 수신 공진 코일(310)로 전달된 전력은 전자기 유도에 의해 수신 유도 코일(320)로 전달된다. 수신 유도 코일(320)로 전달된 전력은 정류 회로(330)를 통해 정류되어 부하(340)로 전달된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 송신 유도 코일(210)의 등가 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 송신 유도 코일(210)은 인덕터(L1)와 캐패시터(C1)로 구성될 수 있으며, 이들에 의해 적절한 인덕턴스와 캐패시턴스 값을 갖는 회로를 구성하게 된다.
송신 유도 코일(210)은 인덕터(L1)의 양단은 캐패시터(C1)의 양단에 연결된 등가회로로 구성될 수 있다. 즉, 송신 유도 코일(210)은 인턱터(L1)와 캐패시터(C1)가 병렬로 연결된 등가회로로 구성될 수 있다.
캐패시터(C1)는 가변 캐패시터일 수 있으며, 가변 캐패시터를 조절하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 송신 공진 코일(220), 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320)의 등가 회로도 도 2에 도시된 것과 동일할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 전력 소스(100)와 무선전력 송신장치(200)의 등가 회로도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 송신 유도 코일(210)과 송신 공진 코일(220)은 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L1, L2)와 캐패시터(C1, C2)로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선전력 수신장치(300)의 등가 회로도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 수신 공진 코일(310)과 수신 유도 코일(320)은 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L3, L4)와 캐패시터(C3, C4)로 구성될 수 있다.
정류회로(330)는 다이오드(D1)와 정류 캐패시터(C5)로 구성될 수 있으며, 교류 전력을 직류 전력을 변환하여 출력할 수 있다. 정류회로(330)는 정류기와 평활 회로를 포함할 수 있다. 정류기의 정류소자로서 실리콘 정류기가 사용될 수 있다. 평활 회로는 정류 출력을 매끄럽게 하는 역할을 한다.
부하(340)는 1.3V의 직류 전원으로 표시되어 있으나, 직류 전력을 필요로 하는 임의의 충전지 또는 장치일 수 있다. 여기서, 1.3V는 예시에 불과하다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(230)의 구성도이다.
만약, 자기 공진에 의해 수신 측에 전력을 전송한다면, 무선전력 송신장치(230)는 도 1에서 설명한 송신 유도 코일(210) 및 송신 공진 코일(220)로 구성될 수 있다.
만약, 전자기 유도에 의해 수신 측에 전력을 전송한다면, 무선전력 송신장치(230)는 송신 유도 코일(210)만으로 구성될 수 있다.
전력소스(100)는 무선전력 송신장치(230)에 전력을 제공할 수 있다. 제공되는 전력은 교류전력이다.
무선전력 송신장치(230)는 제1 코일(231), 제2 코일(232), 제3 코일(233)을 포함할 수 있다.
제1 코일(231), 제2 코일(232), 제3 코일(233)은 하나의 도선에 의해 연결될 수 있다.
일 실시 예에서 제1 코일(231)은 제1 외곽선(231a), 제2 외곽선(231b), 제3 외곽선(231c), 제4 외곽선(231d)을 포함하고, 상기 4개의 선은 서로 연결되어 정사각형, 직사각형 등 사각형의 형태를 구성할 수 있다. 일 실시 예에서 제1 코일(231)은 도 5와 같이 사각형의 형태가 아닌 원형의 형태로 구성될 수 있다.
제1 외곽선(231a)은 제2 외곽선(231b)과 평행할 수 있고, 제3 외곽선(231c)은 제4 외곽선(231d)과 평행할 수 있다. 제1 외곽선(231a)과 제3 외곽선(231c)은 수직일 수 있고, 제1 외곽선(231a)과 제4 외곽선(231d)은 수직일 수 있다. 제2 외곽선(231b)과 제3 외곽선(231c)은 수직일 수 있고, 제2 외곽선(231b)과 제4 외곽선(231d)은 수직일 수 있다.
제1 외곽선(231a)의 길이는 제2 외곽선(231b)의 길이와 같을 수 있다. 제3 외곽선(231c)의 길이는 제4 외곽선(231d)의 길이와 같을 수 있다.
제1 외곽선(231a)의 길이는 제3 외곽선(231c)의 길이 및 제4 외곽선(231d)의 길이보다 짧을 수 있다.
제2 코일(232)은 제1 연결선(232a) 및 제2 연결선(232b)를 포함할 수 있다.
제1 연결선(232a)은 제1 외곽선(231a)의 일점 및 제3 코일(233)의 일점과 연결될 수 있다.
제2 연결선(232b)은 제2 외곽선(231b)의 일점 및 제3 코일(233)의 일점과 연결될 수 있다.
제1 연결선(232a) 및 제2 연결선(232b)은 제1 코일(231)을 따라 이동될 수 있다. 구체적으로, 제1 연결선(232a) 및 제2 연결선(232b)은 각각 제1 코일(231)의 제1 외곽선(231a) 및 제2 외곽선(231b)을 따라 이동될 수 있다. 상기 이동은 후술한 자성체(234)와 무선전력 수신장치(300)에 포함된 자성체와의 자기력에 의해 일어날 수 있다.
제1 연결선(232a) 및 제2 연결선(232b)은 소정의 거리만큼 떨어져 있을 수 있다. 일 실시 예에서 소정의 거리는 제3 코일(233)이 원형을 형성할 때 원형의 지름을 의미할 수 있다.
제3 코일(233)은 제1 연결선(232a)의 일단과 제2 연결선(232b)의 일단에 연결될 수 있다. 제3 코일(233)은 하나의 도선이 복수 번 권선되어 원형의 형태를 구성할 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없고, 다양한 형태를 포함할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
자기 공진에 의해 수신 측에 전력을 전송한다면, 무선전력 송신장치(230)는 도 1에서 설명한 송신 유도 코일(210) 및 송신 공진 코일(220)로 구성될 수 있고, 제1 코일(231), 제2 코일(232) 및 제3 코일(233)은 송신 공진 코일(220)의 기능을 수행하며, 송신 유도 코일(210)은 제3 코일(233)의 하측에 배치될 수 있다.
무선전력 송신장치(230)는 기판(미도시)을 더 포함할 수 있고, 무선전력 송신장치(230)는 상기 기판 상에 형성될 수 있다.
기판은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
무선전력 송신장치(230)는 기판 상에 일정한 패턴을 형성하여 구현될 수 있다.
무선전력 송신장치(230)는 하나의 셀 그룹을 형성할 수 있고, 각 셀 그룹이 복수 개만큼 연결될 수 있다. 이렇게 되면, 무선전력 수신장치(300)가 위치한 곳에 각 셀 그룹의 제2 코일(232) 및 제3 코일(233)가 이동되어 각 셀 그룹은 무선전력 수신장치(300)에 전력을 집중적으로 전달할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(230)에 전류가 흐를 때 발생되는 자기장을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참고하면, 무선전력 송신장치(230)가 형성하는 영역 안에 자기장이 집중적으로 발생됨을 확인할 수 있다.
특히, 제3 코일(233)이 형성하는 영역 안에 자기장의 세기가 더 커짐을 확인할 수 있다. 따라서, 무선전력 수신장치(300)가 무선전력 송신장치(230)가 형성하는 영역 안에 위치한 경우, 무선전력 수신장치(300)에 자기장을 효과적으로 전달할 수 있고, 특히, 제3 코일(233)이 형성하는 영역 안에 무선전력 수신장치(300)가 위치한 경우, 더 높은 효율로 전력을 전송할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(230)의 구성도이다.
도 7을 참고하면, 무선전력 송신장치(230)는 제1 코일(231), 제2 코일(232), 제3 코일(233) 및 자성체(234)를 포함할 수 있다.
제1 코일(231), 제2 코일(232) 및 제3 코일(233)에 대한 기본적인 설명은 도 5에서 설명한 것과 같다.
제2 코일(232)의 제1 연결선(232a)은 제1 코일(231)의 제1 외곽선(231a)의 일점 위에 배치될 수 있다.
제2 코일(232)의 제2 연결선(232b)은 제2 코일(231)의 타점 위에 배치될 수 있다.
제1 연결선(232a)은 제1 코일(231)의 제1 외곽선(231a)을 따라 이동될 수 있다.
제2 연결선(232b)은 제1 코일(231)의 제2 외곽선(231b)을 따라 이동될 수 있다.
자성체(234)는 제3 코일(233)의 내부에 배치될 수 있다.
자성체(234)는 페라이트 또는 자석으로 구성될 수 있다.
일반적으로 무선전력 수신장치(300)는 자성체를 포함하고 있기 때문에 무선전력 송신장치(230) 위에 무선전력 수신장치(300)가 포함된 전자기기가 위치하면, 무선전력 송신장치(230)의 자성체(234)와 무선전력 수신장치(300)의 자성체 간 자기력으로 인해 무선전력 송신장치(230)가 무선전력 수신장치(300)가 위치한 방향으로 이동될 수 있다.
즉, 무선전력 송신장치(230)의 자성체(234)와 무선전력 수신장치(300)의 자성체 간 자기력으로 인해 자성체(234)가 무선전력 수신장치(300)측으로 이동 하려하고, 자성체(234)와 인접한 제3 코일(233)이 자성체(234)의 외력을 받는다. 그러면, 제3 코일(233)은 제1 연결선(232a) 및 제2 연결선(232b)에 의해 자성체(234)의 이동방향으로 이동한다.
제1 연결선(232a)은 제1 외곽선(231a)을 따라 자성체(234)의 이동 방향으로 이동하고, 제2 연결선(232b)은 제2 외곽선(231b)을 따라 이동하여 제3 코일(233)을 이동시킬 수 있다.
결과적으로, 자성체(234)는 무선전력 수신장치(300)가 위치한 곳으로 제3 코일(233)의 위치를 이동시킬 수 있다.
상기와 같이 제3 코일(233)은 무선전력 수신장치(300)가 위치한 곳으로 이동되어 무선전력 수신장치(300)에 전달되는 전력을 집중시킬 수 있다. 이로 인해, 무선전력 송신장치(230)와 무선전력 수신장치(300) 간 무선전력 전송 효율이 증가될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(230)의 제2 코일(232) 및 제3 코일(233)이 좌 측으로 이동한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참고하면, 무선전력 수신장치(미도시)가 기준선(A)을 중심으로 좌측에 위치한 경우, 자성체(234)는 무선전력 수신장치의 자성체와의 자기력에 의해 제3 코일(233)을 좌측으로 이동시켜 제3 코일(233) 위에 최대한 가깝게 무선전력 수신장치(300)가 위치하도록 할 수 있다. 이로 인해, 무선전력 수신장치에 전달되는 전력을 집중시킬 수 있다.
도 9는 도 8의 무선전력 송신장치(230)에 전류가 흐를 때 형성되는 자기장을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참고하면, 제2 코일(232) 및 제3 코일(233)이 이동됨에 따라 이동된 무선전력 송신장치(230)이 형성하는 영역 안에 자기장이 집중적으로 발생됨을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(230)의 제2 코일(232) 및 제3 코일(233)이 우 측으로 이동한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참고하면, 무선전력 수신장치(미도시)가 기준선(A)을 중심으로 우측에 위치한 경우, 자성체(234)는 무선전력 수신장치의 자성체와의 자기력에 의해 제3 코일(233)을 우측으로 이동시켜 제3 코일(233) 위에 최대한 가깝게 무선전력 수신장치(300)가 위치하도록 할 수 있다. 이로 인해, 무선전력 수신장치에 전달되는 전력을 집중시킬 수 있다.
도 11은 도 10의 무선전력 송신장치(230)에 전류가 흐를 때 형성되는 자기장을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참고하면, 제2 코일(232) 및 제3 코일(233)이 이동됨에 따라 이동된 무선전력 송신장치(230)이 형성하는 영역 안에 자기장이 집중적으로 발생됨을 확인할 수 있다.
다음으로 무선전력 송신장치(230)의 구조에 대한 다양한 실시 예에 대해 설명한다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(230)의 구조도이다.
무선전력 송신장치(230)는 제1 코일(231), 제2 코일(232), 제3 코일(233)을 포함한다.
제1 코일(231) 및 제2 코일(232)의 구성은 도 5에서 설명한 것과 같다.
제3 코일(233)은 3차원 나선 구조(helical)로 형성되어 있다.
도 13 도 12의 무선전력 송신장치(230)에 전류가 흐를 때 발생되는 자기장을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참고하면, 무선전력 송신장치(230)에서 발생되는 자기장은 무선전력 송신장치(230)이 형성하는 면에 평행한 방향으로 집중되어 형성됨을 확인할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 무선전력 송신장치(230)의 구조도이다.
무선전력 송신장치(230)는 제1 코일(231), 제2 코일(232), 제3 코일(233)을 포함한다.
제1 코일(231) 및 제2 코일(232)의 구성은 도 5에서 설명한 것과 같다.
제3 코일(233)은 2차원 나선 구조(spiral)로 형성되어 있다.
도 15는 도 14의 무선전력 송신장치(230)에 전류가 흐를 때 발생되는 자기장을 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참고하면, 무선전력 송신장치(230)에서 발생되는 자기장은 무선전력 송신장치(230)가 형성하는 면에 수직인 방향으로 집중되어 형성됨을 확인할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.
100: 전력 소스
200: 무선전력 송신장치
210: 송신 유도 코일
220: 송신 공진 코일
230: 무선전력 송신장치
231: 제1 코일
232: 제2 코일
233: 제3 코일
234: 자성체
300: 무선전력 수신장치
310: 수신 공진 코일
320: 수신 유도 코일
330: 정류회로
340: 부하

Claims (21)

  1. 무선전력 수신장치에 전력을 전송하는 무선전력 송신장치에 있어서,
    제1 코일, 제2 코일 및 제3 코일을 포함하고,
    상기 제1 코일은 평면을 형성하고,
    상기 제2 코일은 상기 제1 코일의 일점에 연결되는 제1 연결선 및 상기 제1 코일의 타점에 연결되는 제2 연결선을 포함하며,
    상기 제3 코일은 상기 제1 연결선 및 상기 제2 연결선과 연결되는 무선전력 송신장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 하나의 도선으로 연결된 무선전력 송신장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제3 코일은,
    하나의 도선이 복수 번 권선되어 원형을 형성하는 무선전력 송신장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제3 코일은,
    하나의 도선이 복수 번 권선되어 스파이럴(spiral) 구조를 형성하는 무선전력 송신장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제3 코일은,
    하나의 도선이 복수 번 권선되어 헬리컬(helical) 구조를 형성하는 무선전력 송신장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일이 형성하는 평면 내부에 배치되는 자성체를 더 포함하는 무선전력 송신장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 자성체는,
    페라이트 또는 자석으로 구성되는 무선전력 송신장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연결선은 상기 제1 코일의 일점 위에 배치되고,
    상기 제2 연결선은 상기 제1 코일의 타점 위에 배치되고,
    상기 제1 연결선 및 상기 제2 연결선은 상기 제1 코일을 따라 이동가능한 무선전력 송신장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일은,
    사각형 또는 원형의 구조를 갖는 무선전력 송신장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 연결선 및 상기 제2 연결선은 일정한 거리를 두고 배치되는 무선전력 송신장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 무선전력 송신장치는,
    전자기 유도에 의해 상기 무선전력 수신장치에 전력을 전송하는 무선전력 송신장치.
  12. 자기 공진에 의해 무선전력 수신장치에 전력을 전송하는 무선전력 송신장치에 있어서,
    전력 소스로부터 전력을 수신하는 송신 유도 코일; 및
    상기 송신 유도 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 송신 공진 코일을 포함하고,
    상기 송신 공진 코일은,
    제1 코일, 제2 코일 및 제3 코일을 포함하고,
    상기 제1 코일은 평면을 형성하고,
    상기 제2 코일은 상기 제1 코일의 일점에 연결되는 제1 연결선 및 상기 제1 코일의 타점에 연결되는 제2 연결선을 포함하며,
    상기 제3 코일은 상기 제1 연결선 및 상기 제2 연결선과 연결되는 무선전력 송신장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 하나의 도선으로 연결된 무선전력 송신장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제3 코일은,
    하나의 도선이 복수 번 권선되어 원형을 형성하는 무선전력 송신장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제3 코일은,
    하나의 도선이 복수 번 권선되어 스파이럴(spiral) 구조를 형성하는 무선전력 송신장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 제3 코일은,
    하나의 도선이 복수 번 권선되어 헬리컬(helical) 구조를 형성하는 무선전력 송신장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제1 코일이 형성하는 평면 내부에 배치되는 자성체를 더 포함하는 무선전력 송신장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 자성체는,
    페라이트 또는 자석으로 구성되는 무선전력 송신장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 제1 연결선은 상기 제1 코일의 일점 위에 배치되고,
    상기 제2 연결선은 상기 제1 코일의 타점 위에 배치되고,
    상기 제1 연결선 및 상기 제2 연결선은 상기 제1 코일을 따라 이동가능한 무선전력 송신장치.
  20. 제12항에 있어서, 상기 제1 코일은,
    사각형 또는 원형의 구조를 갖는 무선전력 송신장치.
  21. 제12항에 있어서, 상기 제1 연결선 및 상기 제2 연결선은 일정한 거리를 두고 배치되는 무선전력 송신장치.
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