KR20130119585A - Wireless power transmitting/receiving apparatus - Google Patents

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KR20130119585A
KR20130119585A KR1020120042489A KR20120042489A KR20130119585A KR 20130119585 A KR20130119585 A KR 20130119585A KR 1020120042489 A KR1020120042489 A KR 1020120042489A KR 20120042489 A KR20120042489 A KR 20120042489A KR 20130119585 A KR20130119585 A KR 20130119585A
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박현호
안승영
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박학병
송익환
장현태
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삼성전자주식회사
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Abstract

The present invention relates to a wireless power transmitting and receiving device. The purpose of the present invention is to provide a wireless power transmitting device harmless to a user by minimizing the influence of electromagnetic fields generated from a coil in wireless power transmission. The wireless power transmitting and receiving device according to the present invention comprises a wireless power transmission unit having a primary coil to generate electromagnetic fields; and a wireless power receiving unit having a secondary coil in which an induction current is generated by the electromagnetic fields generated in the primary coil. Multiple unit coils are arranged on at least one among the primary coil and the secondary coil to form an electromagnetic wave in a desired shape for each of the unit coils by independently controlling a current supplied to each of the unit coils.

Description

무선 전력 송수신 장치{WIRELESS POWER TRANSMITTING/RECEIVING APPARATUS}Wireless power transceiver {WIRELESS POWER TRANSMITTING / RECEIVING APPARATUS}

본 발명은 전력 전송에 관한 것으로, 특히 무선 전력 전송에 관한 것이다.The present invention relates to power transfer, and more particularly to wireless power transfer.

스마트폰이나 태블릿, 노트북 등과 같은 모바일 기기들의 보급이 늘면서, 이와 같은 모바일 기기들의 충전 문제가 중요한 이슈로 떠오르고 있다. 모바일 기기들은 그 특성 상 배터리를 장착하여 사용한다. 이러한 배터리를 충전하기 위해서는 일반적으로 가정용 상용 전원으로부터 전력을 공급받아 배터리를 충전하게 되는데, 지금까지는 별도의 충전기가 사용되고 있다. 모바일 기기와 충전기에는 각각 외부로 노출된 접촉 단자가 구비되어 있어서 두 접촉 단자를 서로 전기적으로 접촉시켜 모바일 기기의 배터리를 충전하게 된다.As mobile devices such as smartphones, tablets, and laptops have increased in popularity, charging issues of such mobile devices have emerged as an important issue. Mobile devices use batteries because of their characteristics. In order to charge such a battery, a battery is generally charged by receiving power from a commercial power source for home use, but a separate charger has been used until now. The mobile device and the charger are provided with contact terminals exposed to the outside, respectively, so that the two contact terminals electrically contact each other to charge the battery of the mobile device.

그러나 이와 같은 전기적 접촉에 의한 충전 방식은 접촉 단자가 외부로 노출되어 있기 때문에 쉽게 이물질에 오염될 수 있고 종종 접촉 불량이 발생하여 충전이 원활히 이루어지지 않는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 최근 들어 접촉 단자 없이 비접촉식으로 모바일 기기의 배터리를 충전하기 위한 연구 개발이 진행되고 있다.However, such a charging method by electrical contact may be easily contaminated with foreign matters because the contact terminals are exposed to the outside, and there is a problem in that charging is not smoothly performed due to poor contact. In order to solve this problem, research and development for charging a battery of a mobile device in a non-contact manner without a contact terminal has recently been conducted.

비접촉식 충전 방식으로 제안된 것 중의 하나가 유도 결합 방식이다. 유도 결합 방식은 고주파가 동작하는 변압기의 1차 회로를 충전 모체에 설치하고 2차 회로를 모바일 기기 내에 설치한다. 충전 시에는 1차 회로와 2차 회로 사이의 자기 결합에 의해 충전 모체로부터 휴대 기기로 에너지가 전송된다. 그러나 이와 같은 유도 결합 방식에서 발생하는 전자기장이 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있기 때문에 코일 주변의 전자기장을 억제할 필요가 있다.One of the proposed contactless charging methods is inductive coupling. Inductive coupling installs the primary circuit of a high frequency transformer in the charging matrix and the secondary circuit in a mobile device. During charging, energy is transferred from the charging mother to the portable device by magnetic coupling between the primary and secondary circuits. However, it is necessary to suppress the electromagnetic field around the coil because the electromagnetic field generated by the inductive coupling method may have a harmful effect on the human body.

일 측면에 따르면, 무선 전력 전송에 있어서 코일에서 형성되는 전자기장의 영향을 최소로 하여 사용자에게 무해한 무선 전력 전송 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.According to an aspect, an object of the present invention is to provide a wireless power transmission device that is harmless to a user by minimizing the influence of an electromagnetic field formed in a coil in wireless power transmission.

본 발명에 따른 무선 전력 송수신 장치는, 전자기장을 발생시키기 위한 1차 코일을 갖는 무선 전력 송신부와; 1차 코일에서 발생한 전자기장에 의해 유도 전류가 생성되는 2차 코일을 갖는 무선 전력 수신부를 포함하고; 1차 코일과 2차 코일 가운데 적어도 하나는, 복수의 단위 코일들이 배열되고, 복수의 단위 코일들 각각에 공급되는 전류가 독립적으로 제어되어 복수의 단위 코일들 각각에 목적하는 형태의 전자기파가 형성되도록 이루어질 수 있다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a wireless power transmission / reception apparatus comprising: a wireless power transmitter having a primary coil for generating an electromagnetic field; A wireless power receiver having a secondary coil in which induced current is generated by an electromagnetic field generated in the primary coil; At least one of the primary coil and the secondary coil has a plurality of unit coils arranged, and the current supplied to each of the plurality of unit coils is independently controlled to form electromagnetic waves of a desired type in each of the plurality of unit coils. Can be done.

또한, 상술한 무선 전력 송수신 장치에서, 전류의 독립적 제어는, 복수의 단위 코일들 각각에 공급되는 전류의 크기와 방향, 위상 가운데 적어도 하나를 독립적으로 제어하는 것일 수 있다.In addition, in the above-described wireless power transmission and reception apparatus, the independent control of the current may be to independently control at least one of the magnitude, direction, and phase of the current supplied to each of the plurality of unit coils.

또한, 상술한 무선 전력 송수신 장치에서, 복수의 단위 코일들이 전도성 와이어로 만들어질 수 있다.In addition, in the above-described wireless power transceiver, a plurality of unit coils may be made of a conductive wire.

또한, 상술한 무선 전력 송수신 장치에서, 복수의 단위 코일들이 인쇄 회로 기판 상에 패턴 형태로 만들어질 수 있다.In addition, in the above-described wireless power transceiver, a plurality of unit coils may be made in a pattern form on a printed circuit board.

또한, 상술한 무선 전력 송수신 장치에서, 복수의 단위 코일들이 행과 열을 이루도록 배열될 수 있다.In addition, in the above-described wireless power transceiver, a plurality of unit coils may be arranged to form a row and a column.

또한, 상술한 무선 전력 송수신 장치에서, 복수의 단위 코일들이 방형(方形)을 이루도록 배열될 수 있다.In addition, in the above-described wireless power transmission and reception apparatus, a plurality of unit coils may be arranged to form a square.

또한, 상술한 무선 전력 송수신 장치에서, 복수의 단위 코일들이 모두 동일한 모양을 갖도록 이루어질 수 있다.In addition, in the above-described wireless power transmission and reception apparatus, a plurality of unit coils may be made to have the same shape.

또한, 상술한 무선 전력 송수신 장치에서, 복수의 단위 코일들이 모두 다른 모양을 갖도록 이루어질 수 있다.In addition, in the above-described wireless power transmission and reception apparatus, the plurality of unit coils may all be made to have a different shape.

또한, 상술한 무선 전력 송수신 장치에서, 복수의 단위 코일들이 사각형과 원형, 나선형 가운데 적어도 하나일 수 있다.In addition, in the above-described wireless power transceiver, the plurality of unit coils may be at least one of a rectangle, a circle, and a spiral.

일 측면에 따르면, 무선 전력 전송에 있어서 코일에서 형성되는 전자기장의 영향을 최소로 하여 사용자에게 무해한 무선 전력 전송 장치를 제공한다.According to one aspect, the wireless power transmission to provide a wireless power transmission device harmless to the user by minimizing the influence of the electromagnetic field formed in the coil.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 코일 구조의 무선 전력 송수신 장치의 응용 예를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송수신 장치의 제어 계통을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 다중 코일부의 구성을 나타낸 도면.
도 4는 도 3에 나타낸 다중 코일 구조에서 전류 방향의 제어를 통한 전자기장의 상쇄를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 다중 코일부의 제 2 실시 예를 나타낸 도면.
1 is a view showing an application example of a wireless power transceiver of a multi-coil structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a control system of a wireless power transceiver according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a view showing the configuration of a multi-coil unit according to a first embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing the cancellation of the electromagnetic field through the control of the current direction in the multi-coil structure shown in FIG.
5 is a view showing a second embodiment of the multi-coil unit according to the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 코일 구조의 무선 전력 송수신 장치의 응용 예를 나타낸 도면이다. 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이, 텔레비전(102)과 셋 탑 박스(104) 등에 전력을 공급함에 있어서 기존의 전원선을 이용하지 않고 대신 텔레비전(102) 뒤 쪽의 벽면에 설치되는 다중 코일 구조의 무선 전력 송신부(108a)(108b)로부터 무선으로 전력을 공급받도록 할 수 있다. 무선 전력 송신부(108a)(108b)는 다중 코일부(108a)와 전원 공급부(108b)로 이루어진다. 텔레비전(102)의 내부에도 다중 코일부(미도시)가 마련되며, 전원 공급부(108b)로부터 다중 코일부(108a)에 전력이 공급되면 벽면의 다중 코일부(108a)에서 텔레비전(102) 내부의 다중 코일부로 전자기 유도 또는 주파수 공진 등의 작용에 의해 무선으로 전력이 전달된다. 이 때 벽면의 다중 코일부(108a)는 무선 전력 송신부가 되고, 텔레비전(102) 내부의 다중 코일부는 무선 전력 수신부가 된다. 이와 같은 구조를 통해 하나의 무선 전력 송신부(108a)를 통해 2개 이상의 전기 기기(예를 들면 텔레비전(102)과 셋 탑 박스(104))에 동시에 무선으로 전력을 공급할 수도 있다.1 is a view showing an application example of a wireless power transceiver of a multi-coil structure according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1A, in order to supply power to the television 102, the set top box 104, etc., multiple coils are installed on the wall behind the television 102 instead of using the existing power line. The wireless power transmitters 108a and 108b of the structure may be wirelessly supplied with power. The wireless power transmitters 108a and 108b are composed of a multiple coil unit 108a and a power supply unit 108b. The multi-coil unit (not shown) is provided inside the television 102, and when electric power is supplied from the power supply unit 108b to the multi-coil unit 108a, the multi-coil unit 108a on the wall may be used. Power is wirelessly transmitted to the multiple coil unit by an action such as electromagnetic induction or frequency resonance. At this time, the multiple coil unit 108a on the wall becomes a wireless power transmitter, and the multiple coil unit inside the television 102 becomes a wireless power receiver. Through such a structure, it is possible to simultaneously wirelessly supply power to two or more electric devices (for example, the television 102 and the set top box 104) through one wireless power transmitter 108a.

도 1의 (B)에는, 무선 통신 단말기(셀룰러 폰 또는 스마트 폰 등)(112)의 배터리를 무선 전력 전송을 통해 충전하는 응용 예를 나타내었다. 무선 통신 단말기(112)를 충전함에 있어서 기존의 유선 충전기를 이용하지 않고 별도의 다중 코일 구조의 충전 패드(118)를 통해 무선으로 전력이 전송되어 배터리의 충전이 이루어지도록 할 수 있다. 무선 통신 단말기(112)의 내부에도 다중 코일부(미도시)가 마련되며, 충전 패드(118)의 다중 코일부(118a)에 전력이 공급되면 다중 코일부(118a)에서 무선 통신 단말기(112) 내부의 다중 코일부로 전자기 유도 또는 주파수 공진 등의 작용에 의해 무선으로 전력이 전달된다. 이 때 충전 패드(118)의 다중 코일부(118a)는 무선 전력 송신부가 되고, 무선 통신 단말기(112) 내부의 다중 코일부는 무선 전력 수신부가 된다. 충전 패드(118)의 다중 코일부(118a)는 일정한 넓이를 가져서 복수의 무선 통신 단말기(112)의 동시 충전이 가능하다.In FIG. 1B, an application example of charging a battery of a wireless communication terminal (such as a cellular phone or a smart phone) 112 through wireless power transmission is illustrated. In the charging of the wireless communication terminal 112, the power may be wirelessly transmitted through the charging pad 118 having a separate multi-coil structure without using a conventional wired charger to charge the battery. The multi-coil unit (not shown) is provided inside the wireless communication terminal 112, and when the power is supplied to the multi-coil unit 118a of the charging pad 118, the multi-coil unit 118a performs the wireless communication terminal 112. Power is wirelessly transmitted to the internal multiple coil parts by the action of electromagnetic induction or frequency resonance. At this time, the multiple coil unit 118a of the charging pad 118 becomes a wireless power transmitter, and the multiple coil unit inside the wireless communication terminal 112 becomes a wireless power receiver. The multiple coil units 118a of the charging pad 118 may have a constant width to simultaneously charge the plurality of wireless communication terminals 112.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송수신 장치의 제어 계통을 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 무선 전력 송수신 장치는 무선 전력 송신부(200)와 무선 전력 수신부(250)를 포함한다. 전력을 송신하는 송신부인 무선 전력 송신부(200)는 제 1 정류부(202)와 제 1 레귤레이터(204), 고주파 발생부(206), 1차 코일(208)로 이루어진다. 전력을 수신하는 수신부인 무선 전력 수신부(250)는 2차 코일(252)과 제 2 정류부(254), 제 2 레귤레이터(256), 배터리(258)로 이루어진다.2 is a diagram illustrating a control system of a wireless power transceiver according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the apparatus for transmitting and receiving wireless power includes a wireless power transmitter 200 and a wireless power receiver 250. The wireless power transmitter 200, which is a transmitter that transmits power, includes a first rectifier 202, a first regulator 204, a high frequency generator 206, and a primary coil 208. The wireless power receiver 250, which receives power, includes a secondary coil 252, a second rectifier 254, a second regulator 256, and a battery 258.

먼저 무선 전력 송신부(200)은 외부 전원(210)으로부터 전력을 공급받아 1차 코일(208)에 전자기장을 발생시킨다. 무선 전력 송신부(200)에 공급되는 외부 전원(210)은 주로 상용 교류 전원이지만, 경우에 따라 직류 전원일 수도 있다. 무선 전력 송신부(200)의 제 1 정류부(202)는 외부 전원(210)으로부터 공급되는 교류 전류를 직류 전류로 변환한다. 제 1 레귤레이터(204)는 제 1 정류부(202)에서 변환된 직류 전류의 전압을 안정화시킨다. 고주파 발생부(206)는 제 1 레귤레이터(204)로부터 직류 전류를 공급받아 고주파 교류 전류로 변환하여 출력한다. 1차 코일(208)은 고주파 발생부(206)의 교류 전류를 입력받아 전자기장을 발생시킨다. 만약, 무선 전력 송신부(200)에 전력을 공급하는 외부 전원(210)이 고주파 발생부(206)를 구동시키기에 적절한 직류 전원이라면, 외부 전원(210)으로부터 공급되는 직류 전류는 바로 고주파 발생부(206)에 제공될 수 있다. 이때는 제 1 정류부(202)와 제 1 레귤레이터(204)가 불필요하다.First, the wireless power transmitter 200 receives electric power from the external power source 210 to generate an electromagnetic field in the primary coil 208. The external power source 210 supplied to the wireless power transmitter 200 is mainly commercial AC power, but may be DC power in some cases. The first rectifier 202 of the wireless power transmitter 200 converts an AC current supplied from the external power source 210 into a DC current. The first regulator 204 stabilizes the voltage of the DC current converted by the first rectifier 202. The high frequency generator 206 receives a DC current from the first regulator 204 and converts the DC current into a high frequency AC current. The primary coil 208 receives an alternating current of the high frequency generator 206 to generate an electromagnetic field. If the external power supply 210 supplying power to the wireless power transmitter 200 is a DC power supply suitable for driving the high frequency generator 206, the DC current supplied from the external power supply 210 is a high frequency generator ( 206 may be provided. In this case, the first rectifier 202 and the first regulator 204 are unnecessary.

무선 전력 송신부(200)의 1차 코일(208)에서 전자기장이 발생하면, 무선 전력 수신부(250)의 2차 코일(252)에서는 1차 코일(208)에서 발생한 전자기장에 의해 유도 전류가 생성된다. 제 2 정류부(254)는 2차 코일(252)에서 생성된 유도 전류를 직류 전류로 변환하고, 제 2 레귤레이터(256)는 제 2 정류부(254)에서 변환된 직류 전류의 전압을 안정화시킨다. 배터리(258)는 제 2 레귤레이터(256)가 출력하는 직류 전류에 의해 충전이 이루어진다.When an electromagnetic field is generated in the primary coil 208 of the wireless power transmitter 200, an induced current is generated by the electromagnetic field generated in the primary coil 208 in the secondary coil 252 of the wireless power receiver 250. The second rectifier 254 converts the induced current generated by the secondary coil 252 into a direct current, and the second regulator 256 stabilizes the voltage of the direct current converted by the second rectifier 254. The battery 258 is charged by a DC current output from the second regulator 256.

1차 코일(208)과 2차 코일(252) 가운데 적어도 하나(바람직하게는 1차 코일(208)과 2차 코일(252) 모두)는, 복수의 단위 코일들로 이루어지고, 이 복수의 단위 코일들 각각에 공급되는 전류의 크기와 방향, 위상 가운데 적어도 하나가 독립적으로 제어되어 복수의 단위 코일들 각각에 목적하는 형태의 전자기파가 형성되도록 이루어진다.At least one of the primary coil 208 and the secondary coil 252 (preferably both the primary coil 208 and the secondary coil 252) is composed of a plurality of unit coils, the plurality of units At least one of the magnitude, direction, and phase of the current supplied to each of the coils is independently controlled to form electromagnetic waves of a desired shape in each of the plurality of unit coils.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 충전 방식은 무선 전력 송신부(200)의 1차 코일(208)에 발생한 전자기장에 의해 무선 전력 수신부(250)의 2차 코일(252)에서 유도 전류가 생성되어 이 유도 전류에 의해 배터리(258)가 충전되는 방식이다. 도 2의 무선 전력 송신부(200) 및 무선 전력 수신부(250)를 도 1의 충전 패드(118) 및 무선 통신 단말기(112)에 적용하면, 무선 전력 송신부(200)은 충전 패드(118) 내에 마련되는 전력 송신 수단이 될 수 있고, 무선 전력 수신부(250)은 무선 통신 단말기(112)에 마련되는 충전 시스템 및 배터리가 될 수 있다. 만약 도 1의 텔레비전(102)에 적용된다면 배터리(258)는 필요치 않을 수도 있다.As described above, in the wireless charging method according to the embodiment of the present invention, an induced current is generated in the secondary coil 252 of the wireless power receiver 250 by the electromagnetic field generated in the primary coil 208 of the wireless power transmitter 200. The battery 258 is charged by this induced current. When the wireless power transmitter 200 and the wireless power receiver 250 of FIG. 2 are applied to the charging pad 118 and the wireless communication terminal 112 of FIG. 1, the wireless power transmitter 200 is provided in the charging pad 118. The wireless power receiver 250 may be a charging system and a battery provided in the wireless communication terminal 112. If applied to the television 102 of FIG. 1, the battery 258 may not be necessary.

도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 다중 코일부의 구성을 나타낸 도면이다. 도 3에 나타낸 다중 코일부(300)는 도 2에 나타낸 1차 코일 및 2차 코일이 될 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 다중 코일부(300)는 복수의 단위 코일들(302a)(302b)(302c)(302d)이 배열되고, 이 복수의 단위 코일들(302a)(302b)(302c)(302d) 각각에 공급되는 전류가 독립적으로 제어되어 복수의 단위 코일들(302a)(302b)(302c)(302d) 각각에 목적하는 형태의 전자기파가 형성되도록 이루어진다. 예를 들면, 도 3에는 동일한 권선 수를 가진 4개의 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d)이 행과 열을 이루도록(구체적으로는 2x2 형태의 정방형으로) 배열된 형태의 다중 코일(300)을 나타내었다. 이와 같은 다중 코일부(300)의 복수의 단위 코일들(302a)(302b)(302c)(302d) 각각에 공급되는 전류의 크기와 방향, 위상 가운데 적어도 하나를 독립적으로 제어한다.3 is a diagram illustrating a configuration of a multiple coil unit according to a first embodiment of the present invention. The multiple coil unit 300 illustrated in FIG. 3 may be a primary coil and a secondary coil illustrated in FIG. 2. As shown in FIG. 3, in the multi-coil unit 300 according to an exemplary embodiment, a plurality of unit coils 302a, 302b, 302c, and 302d are arranged, and the plurality of unit coils 302a are arranged. The current supplied to each of 302b, 302c, and 302d is independently controlled so that electromagnetic waves of a desired type are formed in each of the plurality of unit coils 302a, 302b, 302c, and 302d. For example, in Fig. 3, four unit coils 302a, 302b, 302c and 302d having the same number of windings are arranged in rows and columns (specifically in a 2x2 square). (300) is shown. The plurality of unit coils 302a, 302b, 302c, and 302d of the multiple coil unit 300 may independently control at least one of the magnitude, direction, and phase of the current supplied to each of the plurality of unit coils 302a, 302b, 302c, and 302d.

도 4는 도 3에 나타낸 다중 코일 구조에서 전류 방향의 제어를 통한 전자기장의 상쇄를 나타낸 도면이다. 도 4의 다중 코일부(300)는, 전류의 방향과 전자기장의 방향을 표현하기 위해 복수의 단위 코일들(302a)(302b)(302c)(302d)은 권선 형태를 단순화하여 도식적으로 나타내었다.FIG. 4 is a diagram illustrating the cancellation of electromagnetic fields through the control of the current direction in the multi-coil structure shown in FIG. 3. In the multiple coil part 300 of FIG. 4, the plurality of unit coils 302a, 302b, 302c, and 302d are schematically illustrated to simplify the winding form in order to express the direction of the current and the direction of the electromagnetic field.

먼저 도 4의 (A)에 나타낸 바와 같이, 2x2 형태의 정방형으로 배열된 4개의 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d) 가운데, 대각선 방향에 위치한 2개의 단위 코일(302a)(302d)에 서로 동일한 방향의 전류가 공급되고, 또 다른 2개의 단위 코일(302b)(302c)에도 서로 동일한 방향의 전류가 공급된다. 단, 앞서 언급한 2개의 단위 코일(302a)(302d)의 전류 방향과 나중에 언급한 2개의 단위 코일(302b)(302c)의 전류 방향은 서로 반대이다. 예를 들면, 앞서 언급한 2개의 단위 코일(302a)(302d)의 전류 방향이 반시계 방향(CCW)일 때, 나중에 언급한 2개의 단위 코일(302b)(302c)의 전류 방향은 시계 방향(CW)일 수 있다. 반대로, 앞서 언급한 2개의 단위 코일(302a)(302d)의 전류 방향이 시계 방향(CW)일 때, 나중에 언급한 2개의 단위 코일(302b)(302c)의 전류 방향은 반시계 방향(CCW)일 수 있다. 도 4의 (A)에는 앞서 언급한 2개의 단위 코일(302a)(302d)의 전류 방향이 반시계 방향(CCW)이고, 나중에 언급한 2개의 단위 코일(302b)(302c)의 전류 방향은 시계 방향(CW)인 경우를 도시하였다. 도 4의 (A)에 도시되어 있는

Figure pat00001
Figure pat00002
표시는 4개의 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d) 각각의 주변에 형성되는 전자기장의 방향을 나타낸 것이다. 도 4의 (A)와 같은 코일 배치 구조에서,
Figure pat00003
는 4개의 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d)의 아래쪽에서 위쪽으로 향하는 전자기장의 방향을 의미하고,
Figure pat00004
는 4개의 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d)의 위쪽에서 아래쪽으로 향하는 전자기장의 방향을 의미한다.First, as shown in FIG. 4A, among the four unit coils 302a, 302b, 302c, and 302d arranged in a square of 2x2 form, two unit coils 302a and 302d disposed in a diagonal direction. ) Are supplied in the same direction to each other, and the other two unit coils 302b and 302c are also supplied in the same direction to each other. However, the current directions of the aforementioned two unit coils 302a and 302d and the two unit coils 302b and 302c mentioned later are opposite to each other. For example, when the current directions of the two unit coils 302a and 302d mentioned above are counterclockwise (CCW), the current direction of the two unit coils 302b and 302c mentioned later is clockwise ( CW). Conversely, when the current directions of the two unit coils 302a and 302d mentioned above are clockwise CW, the current direction of the two unit coils 302b and 302c mentioned later is a counterclockwise CCW. Can be. In FIG. 4A, the current directions of the two unit coils 302a and 302d mentioned above are counterclockwise (CCW), and the current directions of the two unit coils 302b and 302c mentioned later are clockwise. The case of the direction CW is shown. Shown in Fig. 4A
Figure pat00001
Figure pat00002
The mark shows the direction of the electromagnetic field formed around each of the four unit coils 302a, 302b, 302c and 302d. In the coil arrangement structure as shown in Fig. 4A,
Figure pat00003
Means the direction of the electromagnetic field from the bottom of the four unit coils 302a, 302b, 302c, 302d upwards,
Figure pat00004
Denotes the direction of the electromagnetic field from the top to the bottom of the four unit coils 302a, 302b, 302c and 302d.

전류의 방향이 이와 같을 때, 4개의 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d) 각각의 내측과 외측에는 전류의 방향에 따라 그 방향이 결정되는 전자기장이 형성된다. 도 4의 (B)에는 4개의 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d) 각각의 주변에 형성되는 전자기장의 방향을 표시하였는데, 그 방향의 기준은 도 4의 (A)에 나타낸 것과 같다. 참고로, 도 4의 (B)에서, 실선으로 표시된 방향(

Figure pat00005
Figure pat00006
)은 전류의 방향이 시계 방향(CW)일 때의 전자기장의 방향이고, 점선으로 표시된 방향(
Figure pat00007
Figure pat00008
)은 전류의 방향이 반시계 방향(CCW)일 때의 전자기장의 방향이다. 즉, 2개의 단위 코일(302a)(302d)의 주변에는 점선으로 표시된 방향의 전자기장이 형성되고, 다른 2개의 단위 코일(302b)(302c)의 주변에는 실선으로 표시된 방향의 전자기장이 형성된다. 또한, 4개의 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d) 각각의 중심에도 전류의 방향에 따라 그 방향이 결정되는 전자기장이 형성된다. 다만, 4개의 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d) 각각의 중심에 형성되는 전자기장은 유도 전류의 생성에 관여하지만, 4개의 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d) 각각의 주변에 형성되는 전자기장은 이웃한 다른 단위 코일의 주변에 형성되는 전자기장과 서로 상쇄되어 소멸될 수 있다.When the current direction is the same, an electromagnetic field is formed inside and outside each of the four unit coils 302a, 302b, 302c, and 302d according to the direction of the current. In FIG. 4B, directions of electromagnetic fields formed around each of the four unit coils 302a, 302b, 302c, and 302d are shown. References to those directions are shown in FIG. same. For reference, in FIG. 4B, the direction indicated by the solid line (
Figure pat00005
Figure pat00006
) Is the direction of the electromagnetic field when the current direction is clockwise (CW), and the direction indicated by the dotted line (
Figure pat00007
Figure pat00008
) Is the direction of the electromagnetic field when the direction of the current is counterclockwise (CCW). That is, electromagnetic fields in the direction indicated by the dotted lines are formed around the two unit coils 302a and 302d, and electromagnetic fields in the direction indicated by the solid line are formed around the other two unit coils 302b and 302c. In addition, an electromagnetic field is also formed in the center of each of the four unit coils 302a, 302b, 302c, and 302d depending on the direction of the current. However, the electromagnetic field formed at the center of each of the four unit coils 302a, 302b, 302c and 302d is involved in the generation of the induced current, but the four unit coils 302a, 302b, 302c and 302d The electromagnetic fields formed around each other may be canceled out by canceling each other with the electromagnetic fields formed around the neighboring unit coils.

도 4의 (B)에서, 점선으로 표시된 전자기장(410)은 단위 코일(302a)(302d)에 의해 생성된 것으로서, 단위 코일(302a)(302d)의 다른 전자기장에 비해 단위 코일(302a)(302d)로부터 상대적으로 더 먼 거리에 형성되는 전자기장이다. 또한, 전자기장(420)은 단위 코일(302b)(320c)에 의해 생성된 것으로서, 단위 코일(302b)(302c)의 다른 전자기장에 비해 단위 코일(302b)(302c)로부터 상대적으로 더 먼 거리에 형성되는 전자기장이다. 이처럼 4개의 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d) 각각에 의해 비교적 먼 거리에 형성되는 전자기장들 역시 4개의 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d) 각각의 주변에 형성되는 다른 반대 방향의 전자기장을 어느 정도 상쇄시킬 수 있음은 물론이다.In FIG. 4B, the electromagnetic field 410 indicated by the dotted line is generated by the unit coils 302a and 302d, and is compared to the unit coils 302a and 302d in comparison with other electromagnetic fields of the unit coils 302a and 302d. Is an electromagnetic field that is formed at a relatively greater distance from In addition, the electromagnetic field 420 is generated by the unit coils 302b and 320c, and is formed at a relatively longer distance from the unit coils 302b and 302c than other electromagnetic fields of the unit coils 302b and 302c. Is the electromagnetic field. Likewise, electromagnetic fields formed at relatively long distances by each of the four unit coils 302a, 302b, 302c, and 302d are also formed around each of the four unit coils 302a, 302b, 302c, and 302d. Of course, it can be offset to some extent the other electromagnetic field.

도 3 및 도 4에 나타낸 다중 코일부(300)의 구조에서, 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d) 각각의 전류의 위상을 독립적으로 제어하면, 단위 코일(302a)(302b)(302c)(302d) 각각에 의해 형성되는 전자기장의 방향을 제어할 수 있다. 이와 같은 전자기장의 방향 제어를 통해 다중 코일부(300)에서 형성되는 전자기장의 모양을 목적하는 형태로 구현할 수 있다.In the structure of the multiple coil unit 300 shown in Figs. 3 and 4, if the phase of each of the unit coils 302a, 302b, 302c and 302d is independently controlled, the unit coils 302a and 302b are controlled. It is possible to control the direction of the electromagnetic field formed by each of the 302c and 302d. Through the direction control of the electromagnetic field, the shape of the electromagnetic field formed in the multi-coil unit 300 may be implemented in a desired form.

도 5는 본 발명에 따른 다중 코일부의 제 2 실시 예를 나타낸 도면이다. 먼저 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 정방형의 코일 또는 원형의 코일을 행과 열을 이루도록 배열하여 하나의 다중 코일부를 구성할 수 있다. 또한, 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 정방형의 나선형 코일 또는 원형의 나선형 코일을 행과 열을 이루도록 배열하여 하나의 다중 코일부를 구성할 수 있다. 또한, 도 5의 (C)에 나타낸 바와 같이, 동일한 모양이 아닌 다양한 모양의 단위 코일들을 적절한 크기로 조합하여 하나의 다중 코일부를 구성할 수 있다. 또한, 이와 같은 다중 코일부를 전도성 와이어를 이용하여 만들어지거나, 또는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB) 상에 패턴 형태로 제작할 수도 있다.5 is a view showing a second embodiment of the multi-coil unit according to the present invention. First, as shown in FIG. 5A, a single coil may be configured by arranging square coils or circular coils in rows and columns. In addition, as shown in Fig. 5B, a square spiral coil or a circular spiral coil may be arranged in a row and a column to form one multiple coil part. In addition, as shown in FIG. 5C, a plurality of coil units may be configured by combining unit coils having various shapes other than the same shape in an appropriate size. In addition, such a multi-coil unit may be made using a conductive wire, or may be manufactured in a pattern form on a printed circuit board (PCB).

102 : 텔레비전
104 : 셋 탑 박스
108a, 118a, 300 : 다중 코일부
108b : 전력 공급부
112 : 무선 통신 단말기
118 : 충전 패드
200 : 무선 전력 송신부
202, 254 : 정류부
204, 256 : 레귤레이터
206 : 고주파 발생 회로
208 : 1차 코일
250 : 무선 전력 수신부
252 : 2차 코일
258 : 배터리
302a, 302b, 302c, 302d : 복수의 단위 코일
102: television
104: set top box
108a, 118a, 300: multiple coil part
108b: power supply
112: wireless communication terminal
118: charging pad
200: wireless power transmitter
202, 254: rectifier
204, 256: regulator
206: high frequency generation circuit
208: primary coil
250: wireless power receiver
252: secondary coil
258: battery
302a, 302b, 302c, 302d: plural unit coils

Claims (9)

전자기장을 발생시키기 위한 1차 코일을 갖는 무선 전력 송신부와;
상기 1차 코일에서 발생한 전자기장에 의해 유도 전류가 생성되는 2차 코일을 갖는 무선 전력 수신부를 포함하고;
상기 1차 코일과 상기 2차 코일 가운데 적어도 하나는,
복수의 단위 코일들이 배열되고, 상기 복수의 단위 코일들 각각에 공급되는 전류가 독립적으로 제어되어 상기 복수의 단위 코일들 각각에 목적하는 형태의 전자기파가 형성되도록 이루어지는 무선 전력 송수신 장치.
A wireless power transmitter having a primary coil for generating an electromagnetic field;
A wireless power receiver having a secondary coil in which an induced current is generated by an electromagnetic field generated in the primary coil;
At least one of the primary coil and the secondary coil,
A plurality of unit coils are arranged, the current supplied to each of the plurality of unit coils is independently controlled so that the electromagnetic wave of the desired type to form each of the plurality of unit coils.
제 1 항에 있어서,
상기 전류의 독립적 제어는, 상기 복수의 단위 코일들 각각에 공급되는 전류의 크기와 방향, 위상 가운데 적어도 하나를 독립적으로 제어하는 것인 무선 전력 송수신 장치.
The method of claim 1,
The independent control of the current, the wireless power transmission and reception device that independently controls at least one of the magnitude, direction, and phase of the current supplied to each of the plurality of unit coils.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 단위 코일들이 전도성 와이어로 만들어지는 무선 전력 송수신 장치.
The method of claim 1,
The wireless power transceiver of the plurality of unit coils are made of a conductive wire.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 단위 코일들이 인쇄 회로 기판 상에 패턴 형태로 만들어지는 무선 전력 송수신 장치.
The method of claim 1,
And a plurality of unit coils are formed in a pattern on a printed circuit board.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 단위 코일들이 행과 열을 이루도록 배열되는 무선 전력 송수신 장치.
The method of claim 1,
And a plurality of unit coils arranged in rows and columns.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 단위 코일들이 방형(方形)을 이루도록 배열되는 무선 전력 송수신 장치.
The method of claim 1,
And a plurality of unit coils arranged in a square shape.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 단위 코일들이 모두 동일한 모양을 갖도록 이루어지는 무선 전력 송수신 장치.
The method of claim 1,
Wireless power transmitting and receiving device formed such that the plurality of unit coils all have the same shape.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 단위 코일들이 모두 다른 모양을 갖도록 이루어지는 무선 전력 송수신 장치.
The method of claim 1,
Wireless power transmitting and receiving device formed such that the plurality of unit coils all have a different shape.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 단위 코일들이 사각형과 원형, 나선형 가운데 적어도 하나인 무선 전력 송수신 장치.
The method of claim 1,
And a plurality of unit coils are at least one of a rectangle, a circle, and a spiral.
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