KR20140073083A - Wireless Power Relay Apparatus and Wireless Power Transmission System - Google Patents

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KR20140073083A
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Abstract

Provided are wireless power relay apparatus and a wireless power transmission system. The wireless power relay apparatus, which relays a magnetic field generated by a wireless power transmitting device to a wireless power receiving device, includes a plurality of relay coils to relay the magnetic field by trapping the magnetic field and at least one relay coil among the replay coils is a phase variable relay coil.

Description

무선 전력 중계 장치 및 무선 전력 전송 시스템 {Wireless Power Relay Apparatus and Wireless Power Transmission System}Technical Field [0001] The present invention relates to a wireless power relay apparatus and a wireless power transmission system,

본 발명은 무선 전력 중계 장치 및 이를 이용한 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power relay apparatus and a wireless power transmission system using the same.

무선 전력 전송이란 종래의 유선으로 된 전력선 대신 무선으로 가전기기나 전기자동차에 전원을 공급하는 기술을 말하며, 전원 케이블을 이용하여 전원이 필요한 장치를 전원 콘센트에 연결하지 않고도 무선으로 충전이 가능하다는 장점 때문에 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.Wireless power transmission refers to the technology that supplies power to home electric appliances or electric vehicles wirelessly instead of the conventional wired power line. The advantage of wireless power charging is that it can be charged wirelessly Therefore, related research is actively proceeding.

무선 전력 전송 기술에는 크게 자기유도방식, 자기공진방식 및 마이크로파 방식이 있다. 마이크로파 방식은 마이크로파와 같은 초고주파의 전자파를 안테나를 통해 방사시켜서 전력을 전송하는 기술로서, 장거리 무선전력전송이 가능하지만 전자파에 의한 안전문제가 고려되어야 한다. 자기유도방식은 근접한 코일 간의 자기유도결합을 이용한 기술로서, 2개의 송/수전 코일 간의 거리는 수 cm 이내이며 두 코일의 배열 조건에 의해서 전송 효율이 크게 좌우된다. 자기공진방식은 공진 결합(resonant coupling)에 의해 서로 떨어진 두 공진기 간에 비방사형 자기장 에너지가 전달되는 기술로서, 송/수전 코일 간의 거리가 1~2m 정도에서 무선전력전송이 가능하며, 자기유도방식에 비해 비교적 두 코일의 정렬이 유연하고, 중계 코일을 이용하여 무선충전 가능범위를 확장할 수 있다는 장점이 있다.Wireless power transmission technologies include magnetic induction, magnetic resonance, and microwave. The microwave method is a technology for transmitting electric power by radiating a very high frequency electromagnetic wave such as a microwave through an antenna. However, it is necessary to consider a safety problem by electromagnetic waves although long distance wireless power transmission is possible. The magnetic induction method is a technique using magnetic induction coupling between adjacent coils. The distance between two transmission / reception coils is within a few cm, and the transmission efficiency is largely influenced by the arrangement condition of the two coils. The self-resonance method is a technique in which non-radiation magnetic field energy is transmitted between two resonators that are separated from each other by a resonant coupling. The distance between the transmitting and receiving coils is 1 to 2 m, The arrangement of the two coils is relatively flexible and the range of the wireless rechargeable can be expanded by using the relay coil.

하지만, 중계 코일을 이용하여 무선 전력 송신기에서 생성된 자기장을 무선 전력 수신기로 중계하는 경우에, 코일의 K값, Q값의 특징에 의해 일부 중계 코일에서 플럭스 합(flux sum)이 작아져서 충전이 제대로 되지 않는 경우가 있다.However, when the relay coil is used to relay the magnetic field generated by the wireless power transmitter to the wireless power receiver, the flux sum in some relay coils becomes smaller due to the characteristics of the K value and the Q value of the coil, Sometimes it does not work properly.

이와 관련하여, 한국공개특허 제2012-0040779호의 발명은, 자기 공명 방식으로 전원 신호를 송수신하는 무선 전력 전송 장치에 관한 것으로서, 베이스 코일 및 복수의 중계 코일을 구비하고, 상기 중계 코일의 권선수가 상기 베이스 코일의 권선수에 비해 상대적으로 많은 구성이 개시되어 있다.In this regard, Korean Unexamined Patent Publication No. 2008-0040779 discloses a wireless power transmission apparatus for transmitting and receiving a power signal in a magnetic resonance manner, which includes a base coil and a plurality of relay coils, A relatively large number of configurations are disclosed as compared with the winding of the base coil.

하지만, 한국공개특허 제2012-0040779호의 발명은 동일한 중계 코일을 복수 개 사용하는 구조로서, 중계 코일 시스템 상의 임의의 위치에서 전력 전송이 되지 않거나 효율이 급격히 떨어지는 문제점 및 이의 해결 방법을 인지하고 있지 않다.However, Korean Unexamined Patent Publication No. 2002-0040779 uses a plurality of identical relay coils, and does not recognize the problem that the power is not transmitted or the efficiency drops sharply at an arbitrary position on the relay coil system, and the solution thereof .

또한, 한국등록특허 제1118471호의 발명은 자기유도 방식의 무선 전력 전송에 관한 것으로서, 송수신 코일을 2종류의 도전성 라인으로 구성한 것을 언급하고 있다.In addition, Korean Patent Registration No. 1118471 discloses a magnetic induction type wireless power transmission system in which a transmitting and receiving coil is composed of two kinds of conductive lines.

하지만, 한국등록특허 제1118471호의 발명의 송수신 코일은 중계 코일이 아니며, 중계 코일 시스템 상의 임의의 위치에서 전력 전송이 되지 않거나 효율이 급격히 떨어지는 문제점 및 이의 해결 방법을 인지하고 있지 않다.However, the transmitting / receiving coil of the Korean Patent No. 1118471 is not a relay coil, and does not recognize the problem that the power is not transmitted or the efficiency drops rapidly at an arbitrary position on the relay coil system, and a solution method thereof.

또한, 일본공개특허 제2012-075304호의 발명은 자기 공진형 무선 전력 전송의 중계 소자에 관한 것으로서, 다수의 중계 코일이 면방향으로 배열된 구조를 개시하고 있으며, 중계 효율의 향상을 주요한 목적으로 한다.The invention of Japanese Laid-Open Patent Application No. 2012-075304 is related to a relay device of self-resonant wireless power transmission, and discloses a structure in which a plurality of relay coils are arranged in the plane direction, and aims at improving relay efficiency .

하지만, 일본공개특허 제2012-075304호의 발명은 중계 코일 시스템 상의 임의의 위치에서 전력 전송이 되지 않거나 효율이 급격히 떨어지는 문제점 및 이의 해결 방법을 인지하고 있지 않다.However, the invention of Japanese Laid-Open Patent Application No. 2012-075304 does not recognize the problem that the power transmission is not performed at an arbitrary position on the relay coil system, or the efficiency is rapidly decreased, and the solution thereof.

한국공개특허 제2012-0040779호, "무선 전력 충전 장치"Korean Patent Publication No. 2012-0040779, "Wireless Power Charging Device"

상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 복수 개의 중계 코일 중에서 저효율 전송 구간에 위상 가변 중계 코일을 배치하여 해당 구간에서의 전력 전송 효율의 급격한 저하를 방지할 수 있는 무선 전력 중계 장치 및 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.In order to solve the problems of the prior art described above, the present invention provides a wireless power relay device capable of preventing a sharp decrease in power transmission efficiency in a corresponding section by arranging a phase variable relay coil in a low efficiency transmission section among a plurality of relay coils, A wireless power transmission system is provided.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood from the following description.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 무선 전력 송신 장치에서 생성된 자기장을 무선 전력 수신 장치로 중계하는 무선 전력 중계 장치는, 자기장을 포집하여 중계하는 복수 개의 중계 코일을 포함하되, 상기 복수 개의 중계 코일 중 적어도 하나의 중계 코일은 위상 가변 중계 코일인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a wireless power relay apparatus for relaying a magnetic field generated in a wireless power transmission apparatus according to an aspect of the present invention to a wireless power reception apparatus includes a plurality of relay coils for capturing and relaying a magnetic field, And at least one relay coil among the plurality of relay coils is a phase variable relay coil.

여기서, 상기 위상 가변 중계 코일은 저효율 전송 구간에 위치할 수 있다.Here, the phase variable relay coil may be located in a low efficiency transmission period.

여기서, 다수의 중계 코일이 일렬로 배치되는 중계 장치인 경우에, 상기 저효율 전송 구간은 상기 무선 전력 송신 장치로부터 가장 멀리 배치된 중계 코일의 직전에 배치된 중계 코일이 위치하는 구간일 수 있다.Here, in the case where the plurality of relay coils are arranged in a line, the low-efficiency transmission period may be a period in which the relay coil disposed immediately before the relay coil disposed farthest from the wireless power transmission apparatus is located.

여기서, 다수의 중계 코일이 평면 상에 배치되는 중계 장치인 경우에, 상기 저효율 전송 구간은 상기 무선 전력 송신 장치에서 가장 가까운 중계 코일로부터 홀수 홉(hop) 만큼 이격되어 배치된 중계 코일이 위치하는 구간일 수 있다.Here, in the case of a relay apparatus in which a plurality of relay coils are arranged on a plane, the low-efficiency transmission section is divided into a section in which relay coils disposed at odd-numbered hops away from the relay coils closest to the wireless power transmission apparatus are located Lt; / RTI >

여기서, 상기 위상 가변 중계 코일은 다른 섹터의 중계 코일보다 큰 결합 계수(K)를 가질 수 있다.Here, the phase variable relay coil may have a coupling coefficient K that is larger than a relay coil of another sector.

여기서, 상기 위상 가변 중계 코일은 복수의 공진 코일로 구성될 수 있다.
Here, the phase-change relay coil may be composed of a plurality of resonance coils.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 무선 전력 전송 시스템은, 자기장을 통해 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치; 및 상기 자기장을 포집하여 중계하는 복수 개의 중계 코일로 이루어진 무선 전력 중계 장치;를 포함하고, 상기 복수 개의 중계 코일 중 적어도 하나의 중계 코일은 위상 가변 중계 코일인 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wireless power transmission system including: a wireless power transmission device that transmits power through a magnetic field; And a wireless power relay device including a plurality of relay coils for collecting and relaying the magnetic field, wherein at least one relay coil of the plurality of relay coils is a phase variable relay coil.

여기서, 상기 위상 가변 중계 코일은 저효율 전송 구간에 위치할 수 있다.Here, the phase variable relay coil may be located in a low efficiency transmission period.

여기서, 다수의 중계 코일이 일렬로 배치되는 중계 장치인 경우에, 상기 저효율 전송 구간은 상기 무선 전력 송신 장치로부터 가장 멀리 배치된 중계 코일의 직전에 배치된 중계 코일이 위치하는 구간일 수 있다.Here, in the case where the plurality of relay coils are arranged in a line, the low-efficiency transmission period may be a period in which the relay coil disposed immediately before the relay coil disposed farthest from the wireless power transmission apparatus is located.

여기서, 다수의 중계 코일이 평면 상에 배치되는 중계 장치인 경우에, 상기 저효율 전송 구간은 상기 무선 전력 송신 장치에서 가장 가까운 중계 코일로부터 홀수 홉(hop) 만큼 이격되어 배치된 중계 코일이 위치하는 구간일 수 있다.Here, in the case of a relay apparatus in which a plurality of relay coils are arranged on a plane, the low-efficiency transmission section is divided into a section in which relay coils disposed at odd-numbered hops away from the relay coils closest to the wireless power transmission apparatus are located Lt; / RTI >

여기서, 상기 위상 가변 중계 코일은 다른 섹터의 중계 코일보다 큰 결합 계수(K)를 가질 수 있다.Here, the phase variable relay coil may have a coupling coefficient K that is larger than a relay coil of another sector.

여기서, 상기 위상 가변 중계 코일은 복수의 공진 코일로 구성될 수 있다.
Here, the phase-change relay coil may be composed of a plurality of resonance coils.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 무선 전력 중계 장치는, 포섭된 자기장을 중계하는 하나 이상의 중계 코일; 및 상기 중계 코일의 사이에 배치되고 다중 코일로 구성되는 하나 이상의 위상 가변 중계 코일;을 포함하고, 상기 위상 가변 중계 코일은 서로 이격되어 배치된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wireless power relay apparatus comprising: at least one relay coil relaying an induced magnetic field; And at least one phase variable relay coil disposed between the relay coils and composed of multiple coils, wherein the phase variable relay coils are disposed apart from each other.

여기서, 상기 위상 가변 중계 코일은 저효율 전송 구간에 위치할 수 있다.Here, the phase variable relay coil may be located in a low efficiency transmission period.

여기서, 다수의 중계 코일이 일렬로 배치되는 중계 장치인 경우에, 상기 저효율 전송 구간은 상기 무선 전력 송신 장치로부터 가장 멀리 배치된 중계 코일의 직전에 배치된 중계 코일이 위치하는 구간일 수 있다.Here, in the case where the plurality of relay coils are arranged in a line, the low-efficiency transmission period may be a period in which the relay coil disposed immediately before the relay coil disposed farthest from the wireless power transmission apparatus is located.

여기서, 다수의 중계 코일이 평면 상에 배치되는 중계 장치인 경우에, 상기 저효율 전송 구간은 상기 무선 전력 송신 장치에서 가장 가까운 중계 코일로부터 홀수 홉(hop) 만큼 이격되어 배치된 중계 코일이 위치하는 구간일 수 있다.Here, in the case of a relay apparatus in which a plurality of relay coils are arranged on a plane, the low-efficiency transmission section is divided into a section in which relay coils disposed at odd-numbered hops away from the relay coils closest to the wireless power transmission apparatus are located Lt; / RTI >

여기서, 상기 위상 가변 중계 코일은 다른 섹터의 중계 코일보다 큰 결합 계수(K)를 가질 수 있다.
Here, the phase variable relay coil may have a coupling coefficient K that is larger than a relay coil of another sector.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to fully inform the owner of the scope of the invention.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 복수 개의 중계 코일 중에서 저효율 전송 구간에 위상 가변 중계 코일을 배치하여 해당 구간에서의 전력 전송 효율의 급격한 저하를 방지할 수 있다.According to one of the solving means of the present invention described above, among the plurality of relay coils, a phase variable relay coil can be arranged in a low efficiency transmission section to prevent a sharp decrease in power transmission efficiency in a corresponding section.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 간략한 개요도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치에서 중계 코일의 내부 구성 및 구성 회로를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치에서 위상 가변 중계 코일의 내부 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 1차원으로 배치된 무선 전력 중계 장치를 구비하는 무선 전력 전송 시스템을 도시하는 도면이다.
도 5는 2차원으로 배치된 무선 전력 중계 장치를 구비하는 무선 전력 전송 시스템을 도시하는 도면이다.1 is a simplified schematic diagram of a wireless power transmission system in accordance with an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an internal configuration and a configuration circuit of a relay coil in a wireless power relay apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of a phase variable relay coil in a wireless power relay apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a wireless power transmission system having a wireless power relay device arranged in one dimension.
5 is a diagram illustrating a wireless power transmission system including a two-dimensionally arranged wireless power relay apparatus.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, numerals (e.g., first, second, etc.) used in the description of the present invention are merely an identifier for distinguishing one component from another.

또한, 본 명세서에서, 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.Also, in this specification, when an element is referred to as being "connected" or "connected" with another element, the element may be directly connected or directly connected to the other element, It should be understood that, unless an opposite description is present, it may be connected or connected via another element in the middle.

본 명세서에서, 무선 전력 수신 장치는 충전 가능한 배터리를 장착한 전기/전자 장치이거나 또는 외부의 전기/전자 장치에 연결되어 충전 전력을 공급하는 장치로서, 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 내비게이션(Navigation) 등과 같은 이동 가능한 단말일 수 있으며, 또는 벽걸이 TV, 스탠드, 전자 액자, 청소기 등의 전자 기기일 수 있다.In this specification, a wireless power receiving apparatus is an electric / electronic apparatus equipped with a rechargeable battery or connected to an external electric / electronic apparatus to supply charging power, and may be a mobile phone, a smart phone, a notebook computer a portable computer, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a PDA (Personal Digital Assistants), a PMP (Portable Multimedia Player), a navigation device, or an electronic device such as a wall-mounted TV, a stand, .

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 간략하게 도시하고 있다.1 schematically illustrates a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신 장치(100)와 하나 이상의 중계 코일로 된 무선 전력 중계 장치(200)를 포함한다. 무선 전력 중계 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100)로부터 무선 전력 수신 장치(300)로의 경로 상에 배치되어 자기 공진 방식을 이용하여 무선 전력 수신 장치(300)로 전력 신호를 중계한다.As shown in FIG. 1, the wireless power transmission system of the present invention includes a wireless power transmission apparatus 100 and a wireless power relay apparatus 200 composed of one or more relay coils. The wireless power relay apparatus 200 is disposed on the path from the wireless power transmission apparatus 100 to the wireless power reception apparatus 300 and relays the power signal to the wireless power reception apparatus 300 using the self resonance method.

무선 전력 송신 장치(100)는 전력 전송을 위해 자기장을 생성하고, 무선 전력 중계 장치(200)는 상기 자기장에 자기 공진되는 다수의 중계 코일을 이용하여 자기장을 무선 전력 수신 장치(300)로 중계한다. 무선 전력 수신 장치(300)는 상기 무선 전력 중계 장치(200)에 의해 중계된 자기장에 커플링되어 내부에 저장 또는 소비되는 출력 전력을 생성한다.The wireless power transmitting apparatus 100 generates a magnetic field for power transmission and the wireless power relay apparatus 200 relays the magnetic field to the wireless power receiving apparatus 300 using a plurality of relay coils self-resonant to the magnetic field . The wireless power receiving apparatus 300 is coupled to the relayed magnetic field by the wireless power relay apparatus 200 to generate output power stored or consumed therein.

무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 중계 장치(200) 및 무선 전력 수신 장치(300)는 특정 주파수에서의 상호 공진 관계로 구성되고, 인접한 장치 간의 공진 주파수가 동일 또는 근사한 경우에, 둘 간의 송전 효율은 인접한 거리의 제곱에 비례한다.The wireless power transmission apparatus 100, the wireless power relay apparatus 200, and the wireless power reception apparatus 300 are configured in a mutual resonance relationship at a specific frequency, and when the resonance frequencies of adjacent apparatuses are the same or approximate, Efficiency is proportional to the square of the adjacent distance.

무선 전력 송신 장치(100)는 전력 전송 수단으로서 송전 코일(110)을 구비하며, 외부의 입력 전원(10)을 원하는 주파수의 RF 전력 신호로 변환한 후 이를 상기 송전 코일(110)에 인가하여 송전 코일(110) 주위에 자기장을 발생시킨다.The wireless power transmission apparatus 100 includes a transmission coil 110 as a power transmission means and converts an external input power source 10 into an RF power signal having a desired frequency and applies the RF power signal to the transmission coil 110, Thereby generating a magnetic field around the coil 110.

무선 전력 수신 장치(300)는 전력 수신 수단으로서 수전 코일(310)을 구비하며, 상기 송전 코일(110) 또는 인접한 무선 전력 중계 장치(200)의 중계 코일과 특정 주파수에서 공진 상태로 커플링된 수전 코일(310)을 통해 상기 자기장으로부터 RF 전력 신호를 수신한다. 수신된 RF 전력 신호는 직류 전력 출력으로 변환되어 무선 전력 수신 장치(300)의 구동 전력으로 사용되거나, 또는 배터리 또는 외부의 부하 장치(400)에 공급된다.The wireless power receiving apparatus 300 includes a power receiving coil 310 as a power receiving means and is connected to a relay coil of the power transmission coil 110 or an adjacent wireless power relay apparatus 200, And receives an RF power signal from the magnetic field through coil 310. [ The received RF power signal is converted into a DC power output and used as driving power for the wireless power receiving apparatus 300, or supplied to a battery or an external load device 400.

무선 전력 중계 장치(200)는 하나 이상의 중계 코일로 구성되어 있으며, 각각의 중계 코일은 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 상기 중계 코일의 직경 및 권선수는 무선 전력 전송의 전송 효율을 최대화할 수 있도록 구현될 수 있다. 각각의 중계 코일은 도 2(a)에 도시된 바와 같이 임의의 권선수로 감긴 코일(210) 및 코일에 병렬 연결되어 공진 및 임피던스 매칭을 위한 콘덴서(220)로 구성될 수 있다.The wireless power relay apparatus 200 is composed of one or more relay coils, and each of the relay coils can be disposed at regular intervals. The diameter and winding of the relay coil can be implemented to maximize the transmission efficiency of the wireless power transmission. Each of the relay coils may be constituted by a coil 210 wound with any winding as shown in FIG. 2 (a) and a capacitor 220 connected in parallel to the coil for resonance and impedance matching.

도 2(b)에는 상기 도 2(a)의 코일(210)과 이의 내부 저항(230) 및 콘덴서의 커패시터(220)를 포함하는 등가 회로가 도시되어 있다. 중계 코일이 동작하는 공진 주파수는 코일(210)의 L값 및 커패시터(220) 의 C값을 조절하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 내부의 코일(210)의 L값을 측정하고 원하는 공진 주파수를 결정한 후 커패시터(200)의 C 값을 조절하여 공진 주파수를 원하는 주파수로 설정할 수 있다.2 (b) shows an equivalent circuit including the coil 210 of FIG. 2 (a), its internal resistance 230, and the capacitor 220 of the capacitor. The resonant frequency at which the relay coil operates can be set by adjusting the L value of the coil 210 and the C value of the capacitor 220. [ For example, the resonance frequency can be set to a desired frequency by measuring an L value of an internal coil 210, determining a desired resonance frequency, and then adjusting the C value of the capacitor 200.

이와 같이, 다수의 중계 코일을 이용하여 무선 전력 중계 장치(200)를 구성하는 경우에, 주변 코일의 영향에 의해 일부의 중계 코일에서 충전 효율이 저하되는 현상이 발생될 수 있다. 이러한 충전 효율이 저하되는 위치를 저효율 전송 구간 또는 중계 홀(hole)이라고 하며, 저효율 전송 구간에서는 무선 전력 수신 장치(300)로 충전을 위한 충분한 전력이 전송되지 않아서 충전이 지연 또는 불가능할 수 있다.As described above, in the case of configuring the wireless power relay apparatus 200 using a plurality of relay coils, the charging efficiency may be lowered in some relay coils due to the influence of the peripheral coils. A position where the charging efficiency is lowered is referred to as a low efficiency transmission period or a relay hole. In a low efficiency transmission period, sufficient power for charging is not transmitted to the wireless power receiving apparatus 300, so charging may be delayed or impossible.

이러한 저효율 전송 구간은 주변의 중계 코일로부터의 영향, 예를 들어, 중계 코일들의 Q값이나 무선 전력 수신 장치(300)의 주파수 또는 주변 중계 코일의 배치 형태 등의 영향을 받아 일부 중계 코일에서 플럭스(flux)의 합(sum)이 작아짐에 따라 발생될 수 있다.This low-efficiency transmission period is influenced by the influence from the surrounding relay coil, for example, the Q value of the relay coils, the frequency of the wireless power receiving apparatus 300, or the arrangement form of the relay relay coils, flux can be generated as the sum becomes smaller.

한편, 주변의 둘 이상의 중계 코일로부터 수신되는 자기장들의 서로 다른 위상차에 의해 상쇄 간섭 효과가 발생한다.On the other hand, a destructive interference effect occurs due to the different phase difference of the magnetic fields received from the two or more surrounding relay coils.

(식 1) Zin ∝ ω2·Min 2 (1) Z in ? 2 ? M in 2

여기서 Min 은 중계 홀이 발생되는 중계 코일과 그 인접한 중계 코일 간의 상호 인덕턴스를 의미한다.Where M in is the mutual inductance between the relay coil where the relay hole is generated and its adjacent relay coil.

따라서, 중계 홀이 발생되는 저효율 전송 구간의 상호 인덕턴스를 적절히 조절함으로써 저효율 전송 구간의 발생을 제거할 수 있다. 이 경우, 저효율 전송 구간에서의 상호 인덕턴스의 조절은 해당 구간의 중계 코일에 관한 결합 계수 K 를 조절하여 구현될 수 있다. 이러한 중계 코일을 위상 가변 중계 코일이라고 한다.Therefore, it is possible to eliminate the occurrence of the low efficiency transmission section by appropriately adjusting the mutual inductance of the low efficiency transmission section in which the relay hole is generated. In this case, the adjustment of the mutual inductance in the low efficiency transmission section can be implemented by adjusting the coupling coefficient K for the relay coil of the corresponding section. This relay coil is referred to as a phase variable relay coil.

도 3에는 이와 같이 인접한 중계 코일과 상이한 결합 계수 K를 가지는 위상 가변 중계 코일의 구성이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 위상 가변 중계 코일은 다른 중계 코일과 동일한 코일(210-1)(이하, 외측 코일)에 더하여 내측에 다른 코일(210-2)(이하, 내측 코일)이 추가로 배치되어 있다. 이때, 도 3(a)와 같이 외측 코일(210-1)과 내측 코일(210-2)이 연결되지 않는 별개의 코일 형상으로 구현될 수 있으며, 또는 도 3(b)와 같이 외측 코일(210-1)과 내측 코일(210-2)이 연결된 형태로 구현될 수도 있다.Fig. 3 shows the configuration of the phase variable relay coil having the coupling coefficient K different from the adjacent relay coil. As shown in Fig. 3, the phase-change relay coil further includes another coil 210-2 (hereinafter referred to as an inner coil) in addition to the same coil 210-1 (hereinafter, referred to as an outer coil) Respectively. 3 (a), the outer coil 210-1 and the inner coil 210-2 may not be connected to each other. Alternatively, the outer coil 210-1 and the inner coil 210-2 may be formed as separate coils, -1) and the inner coil 210-2 are connected to each other.

위상 가변 중계 코일의 외부 코일(210-1) 및 내부 코일(210-2)은 각각 상이한 결합 계수 K1, K2 를 가질 수 있으며, 따라서, 위상 가변 중계 코일의 전체 결합 계수 net K는 다른 중계 코일의 결합 계수와 상이한 값을 가지게 된다. 여기서, 위상 가변 중계 코일은 이중 코일 구조를 가지는 것으로 설명하였지만 반드시 이중 코일일 필요는 없으며, 셋 이상의 코일이 중첩된 다중 코일 형태로 구성될 수도 있다.The outer coil 210-1 and the inner coil 210-2 of the phase variable relay coil may have different coupling coefficients K 1 and K 2 respectively and therefore the total coupling coefficient net K of the phase- And has a different value from the coupling coefficient of the coil. Here, although the phase variable relay coil has been described as having a dual coil structure, it does not necessarily have to be a dual coil, and may be configured as a multi-coil type in which three or more coils are stacked.

한편, 위상 가변 중계 코일이 배치되는 저효율 전송 구간은 무선 전력 중계 장치(200)의 중계 코일의 배치 형태에 따라 상이한 위치에서 발생될 수 있다.Meanwhile, the low efficiency transmission period in which the phase variable relay coils are disposed may be generated at different positions depending on the arrangement of the relay coils of the wireless power relay apparatus 200.

도 4에는 복수의 중계 코일이 1차원으로 배치된 경우의 무선 전력 중계 장치(200)가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 무선 전력 중계 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100)와 인접한 구간(200-1)으로부터 순서대로 총 N+1 개의 중계 코일(200-1~ 200-(n+1))이 배치되는 (N+1, 1) 중계 시스템이며, 이 경우, 무선 전력 송신 장치(100)로부터 가장 멀리 배치된 중계 코일(200-(n+1))의 전단의 중계 코일(200-n)에서 중계 홀이 발생하게 된다. 이는, 중계 코일(200-(n+1))로부터의 반사파와 중계 코일(200-(n-1))로부터의 자기장에 의한 플럭스 합이 0가 되기 때문이다.4 shows a wireless power relay apparatus 200 in a case where a plurality of relay coils are arranged in one dimension. Referring to FIG. 4, the wireless power relay apparatus 200 includes a total of N + 1 relay coils 200-1 to 200- (n + 1) in order from the section 200-1 adjacent to the wireless power transmission apparatus 100, (N + 1, 1) relay system in which the relay coil 200 - (n + 1) disposed at the farthest from the wireless power transmission apparatus 100 is located in the relay coil 200 - n), a relay hole is generated. This is because the flux sum due to the reflected wave from the relay coil 200- (n + 1) and the magnetic field from the relay coil 200- (n-1) becomes zero.

따라서, 이와 같은 1차원으로 배치된 무선 전력 중계 장치(200)의 경우, 무선 전력 송신 장치(100)로부터 가장 멀리 배치된 중계 코일의 전단의 중계 코일을 위상 가변 중계 코일로 구현함으로써, 무선 전력 중계 장치(200)에서의 중계 홀의 발생을 억제할 수 있다.Therefore, in the case of the one-dimensional wireless power relay apparatus 200, by implementing the relay coil in the front end of the relay coil disposed farthest from the wireless power transmission apparatus 100 as the phase variable relay coil, The generation of relay holes in the apparatus 200 can be suppressed.

한편, 도 5에는 복수의 중계 코일이 2차원으로 배치된 경우의 무선 전력 중계 장치(200)가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 무선 전력 중계 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100)와 인접한 구간(200-11)으로부터 2차원의 정사각형 또는 직사각형 구조로 배치되는 (M, N) 중계 시스템일 수 있다. 도 5에서는 설명을 용이하게 하기 위하여 (4, 4) 구조로 도시되어 있다.On the other hand, FIG. 5 shows a wireless power relay apparatus 200 in a case where a plurality of relay coils are two-dimensionally arranged. 5, the wireless power relay apparatus 200 may be a (M, N) relay system arranged in a two-dimensional square or rectangular structure from the section 200-11 adjacent to the wireless power transmission apparatus 100 . In FIG. 5, a (4, 4) structure is shown for ease of explanation.

이 경우, 2차원으로 배치된 중계 코일 각각은 주변의 적어도 둘 이상의 중계 코일과 자기적으로 커플링될 수 있으며, 따라서, 1차원으로 배치되는 경우에 비해 더 많은 구간에서 중계 홀이 발생할 수 있다.In this case, each of the relay coils arranged two-dimensionally can be magnetically coupled to at least two relay coils around the relay coil, so that a relay hole can be generated in more intervals than in a case where the relay coils are arranged one-dimensionally.

이 경우, 중계 홀이 발생되는 저효율 전송 구간은 무선 전력 송신 장치(100)와 가장 근접한 중계 코일(200-11)을 기준으로 전후 좌우로 이격된 홉(hop) 수가 홀수인 중계 코일일 수 있다. 예를 들어, 도 5의 경우에는 중계 코일(200-11)로부터의 이격된 홉 수가 1인 중계 코일(200-12, 200-21)과, 이격된 홉 수가 3인 중계 코일(200-14), 200-23, 200-32, 200-41)과, 이격된 홉 수가 5인 중계 코일(200-34, 200-43)이 저효율 전송 구간이 될 가능성이 매우 높다. 따라서, 상기 언급된 저효율 전송 구간에 위상 가변 중계 코일을 배치함으로써, 무선 전력 중계 코일(200)에서의 중계 홀의 발생을 억제할 수 있다.
In this case, the low-efficiency transmission period in which the relay holes are generated may be a relay coil having an odd number of hops spaced back and forth, left and right from the relay coil 200-11 closest to the wireless power transmission apparatus 100. For example, in the case of FIG. 5, the relay coil 200-12 and 200-21 having the number of hops separated from the relay coil 200-11 and the relay coil 200-14 having the three separated hops are used. , 200-23, 200-32, and 200-41) and the relay coils 200-34 and 200-43 having the spacing of 5 hops are very likely to be in a low efficiency transmission period. Therefore, by arranging the phase varying relay coil in the above-mentioned low efficiency transmission period, the occurrence of the relay hole in the wireless power relay coil 200 can be suppressed.

이상과 같은 구성을 통해, 본 발명의 무선 전력 중계 장치는 복수 개의 중계 코일 중에서 저효율 전송 구간에 위상 가변 중계 코일을 배치하여 해당 구간에서의 전력 전송 효율의 급격한 저하를 방지할 수 있다.
Through the above-described configuration, the wireless power relay apparatus of the present invention can arrange a phase-change relay coil in a low-efficiency transmission interval among a plurality of relay coils, thereby preventing a sharp decrease in power transmission efficiency in the corresponding interval.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (17)

무선 전력 송신 장치에서 생성된 자기장을 무선 전력 수신 장치로 중계하는 무선 전력 중계 장치에 있어서,
자기장을 포집하여 중계하는 복수 개의 중계 코일을 포함하되,
상기 복수 개의 중계 코일 중 적어도 하나의 중계 코일은 위상 가변 중계 코일인 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.
A wireless power relay apparatus for relaying a magnetic field generated by a wireless power transmission apparatus to a wireless power reception apparatus,
And a plurality of relay coils for collecting and relaying the magnetic field,
Wherein at least one of the plurality of relay coils is a phase variable relay coil.
Wireless power relay device.
제 1 항에 있어서,
상기 위상 가변 중계 코일은 저효율 전송 구간에 위치하는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.
The method according to claim 1,
Characterized in that the phase variable relay coil is located in a low efficiency transmission section.
Wireless power relay device.
제 2 항에 있어서,
다수의 중계 코일이 일렬로 배치되는 중계 장치인 경우에,
상기 저효율 전송 구간은 상기 무선 전력 송신 장치로부터 가장 멀리 배치된 중계 코일의 직전에 배치된 중계 코일이 위치하는 구간인,
무선 전력 중계 장치.
3. The method of claim 2,
In the case where the plurality of relay coils are relay devices arranged in a line,
Wherein the low efficiency transmission period is a period in which a relay coil disposed immediately before a relay coil disposed farthest from the wireless power transmission apparatus is located,
Wireless power relay device.
제 2 항에 있어서,
다수의 중계 코일이 평면 상에 배치되는 중계 장치인 경우에,
상기 저효율 전송 구간은 상기 무선 전력 송신 장치에서 가장 가까운 중계 코일로부터 홀수 홉(hop) 만큼 이격되어 배치된 중계 코일이 위치하는 구간인,
무선 전력 중계 장치.
3. The method of claim 2,
In the case where the plurality of relay coils are relay devices disposed on a plane,
Wherein the low efficiency transmission period is a section in which a relay coil spaced by an odd number of hops from a relay coil closest to the wireless power transmission apparatus is located,
Wireless power relay device.
제 1 항에 있어서,
상기 위상 가변 중계 코일은 다른 섹터의 중계 코일보다 큰 결합 계수(K)를 가지는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.
The method according to claim 1,
Characterized in that the phase varying relay coil has a coupling coefficient (K) that is greater than the relay coil of the other sector.
Wireless power relay device.
제 1 항에 있어서,
상기 위상 가변 중계 코일은 복수의 공진 코일로 구성되는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.
The method according to claim 1,
Characterized in that the phase varying relay coil is constituted by a plurality of resonance coils.
Wireless power relay device.
무선 전력 전송 시스템에 있어서,
자기장을 통해 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치; 및
상기 자기장을 포집하여 중계하는 복수 개의 중계 코일로 이루어진 무선 전력 중계 장치;를 포함하고,
상기 복수 개의 중계 코일 중 적어도 하나의 중계 코일은 위상 가변 중계 코일인,
무선 전력 전송 시스템.
In a wireless power transmission system,
A wireless power transmission device for transmitting power through a magnetic field; And
And a wireless power relay device including a plurality of relay coils for capturing and relaying the magnetic field,
Wherein at least one of the plurality of relay coils is a phase variable relay coil,
Wireless power transmission system.
제 7 항에 있어서,
상기 위상 가변 중계 코일은 저효율 전송 구간에 위치하는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 전송 시스템.
8. The method of claim 7,
Characterized in that the phase variable relay coil is located in a low efficiency transmission section.
Wireless power transmission system.
제 8 항에 있어서,
다수의 중계 코일이 일렬로 배치되는 중계 장치인 경우에,
상기 저효율 전송 구간은 상기 무선 전력 송신 장치로부터 가장 멀리 배치된 중계 코일의 직전에 배치된 중계 코일이 위치하는 구간인,
무선 전력 전송 시스템.
9. The method of claim 8,
In the case where the plurality of relay coils are relay devices arranged in a line,
Wherein the low efficiency transmission period is a period in which a relay coil disposed immediately before a relay coil disposed farthest from the wireless power transmission apparatus is located,
Wireless power transmission system.
제 8 항에 있어서,
다수의 중계 코일이 평면 상에 배치되는 중계 장치인 경우에,
상기 저효율 전송 구간은 상기 무선 전력 송신 장치에서 가장 가까운 중계 코일로부터 홀수 홉(hop) 만큼 이격되어 배치된 중계 코일이 위치하는 구간인,
무선 전력 전송 시스템.
9. The method of claim 8,
In the case where the plurality of relay coils are relay devices disposed on a plane,
Wherein the low efficiency transmission period is a section in which a relay coil spaced by an odd number of hops from a relay coil closest to the wireless power transmission apparatus is located,
Wireless power transmission system.
제 7 항에 있어서,
상기 위상 가변 중계 코일은 다른 섹터의 중계 코일보다 큰 결합 계수(K)를 가지는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 전송 시스템.
8. The method of claim 7,
Characterized in that the phase varying relay coil has a coupling coefficient (K) that is greater than the relay coil of the other sector.
Wireless power transmission system.
제 7 항에 있어서,
상기 위상 가변 중계 코일은 복수의 공진 코일로 구성되는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 전송 시스템.
8. The method of claim 7,
Characterized in that the phase varying relay coil is constituted by a plurality of resonance coils.
Wireless power transmission system.
무선 전력 중계 장치에 있어서,
포섭된 자기장을 중계하는 하나 이상의 중계 코일; 및
상기 중계 코일의 사이에 배치되고 다중 코일로 구성되는 하나 이상의 위상 가변 중계 코일;을 포함하고,
상기 위상 가변 중계 코일은 서로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.
A wireless power relay apparatus comprising:
One or more relay coils relaying the induced magnetic field; And
And at least one phase variable relay coil disposed between the relay coils and composed of multiple coils,
Wherein the phase-change relay coils are spaced apart from each other.
Wireless power relay device.
제 13 항에 있어서,
상기 위상 가변 중계 코일은 저효율 전송 구간에 위치하는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.
14. The method of claim 13,
Characterized in that the phase variable relay coil is located in a low efficiency transmission section.
Wireless power relay device.
제 14 항에 있어서,
다수의 중계 코일이 일렬로 배치되는 중계 장치인 경우에,
상기 저효율 전송 구간은 상기 무선 전력 송신 장치로부터 가장 멀리 배치된 중계 코일의 직전에 배치된 중계 코일이 위치하는 구간인,
무선 전력 중계 장치.
15. The method of claim 14,
In the case where the plurality of relay coils are relay devices arranged in a line,
Wherein the low efficiency transmission period is a period in which a relay coil disposed immediately before a relay coil disposed farthest from the wireless power transmission apparatus is located,
Wireless power relay device.
제 14 항에 있어서,
다수의 중계 코일이 평면 상에 배치되는 중계 장치인 경우에,
상기 저효율 전송 구간은 상기 무선 전력 송신 장치에서 가장 가까운 중계 코일로부터 홀수 홉(hop) 만큼 이격되어 배치된 중계 코일이 위치하는 구간인,
무선 전력 중계 장치.
15. The method of claim 14,
In the case where the plurality of relay coils are relay devices disposed on a plane,
Wherein the low efficiency transmission period is a section in which a relay coil spaced by an odd number of hops from a relay coil closest to the wireless power transmission apparatus is located,
Wireless power relay device.
제 13 항에 있어서,
상기 위상 가변 중계 코일은 다른 섹터의 중계 코일보다 큰 결합 계수(K)를 가지는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.14. The method of claim 13,
Characterized in that the phase varying relay coil has a coupling coefficient (K) that is greater than the relay coil of the other sector.
Wireless power relay device.
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