KR20140073085A - Wireless Power Relay Apparatus and Wireless Power Transmission System - Google Patents

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KR20140073085A
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Abstract

Provided are wireless power relay apparatus and a wireless power transmission system. The wireless power relay system for relaying the magnetic field produced by a wireless power transmission apparatus to a wireless power receiving apparatus includes a plurality of relay coils for obtaining and relaying the magnetic field. But at least one relay coil among the relay coils has a larger impedance value than that of the remaining relay coils.

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, 2 개의 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 무선 전력 수신기의 위치 및 개수의 변화에 따라 중계코일에 고전압이 유도되어 중계 코일 내부의 커패시터 등이 파손되는 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, a high voltage is induced in the relay coil according to the change of the position and the number of the wireless power receiver, There is a case.

이와 관련하여, 한국공개특허 제2010-0128395호에는 "비접촉 전력 전달 장치와 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다. 한국공개특허 제2010-0128395호의 발명은, 주 장치의 1차 코일과 이동 장치의 2차 코일 사이의 전자기 유도에 의해 이동 장치로 전력을 전달하는 비접촉 전력 전달 시스템에 관한 것으로서, 전기장을 유도할 수 있는 1차 코일 여러 개가 2차원으로 배열된 전력 전달 표면을 구비하고 있으며, 이동 장치의 2차 코일은 1차 코일보다 크기가 약 2배 내지 3배인 구성이 개시되어 있다.In this regard, Korean Patent Publication No. 2010-0128395 discloses an invention entitled " Contactless power transmission apparatus and method ". The invention disclosed in Korean Patent Publication No. 2010-0128395 relates to a contactless electric power transmission system for transferring electric power to a mobile device by electromagnetic induction between a primary coil of the main device and a secondary coil of the mobile device, A plurality of primary coils are arranged in two dimensions and a secondary coil of the moving device is about two to three times larger than the primary coils.

하지만, 한국공개특허 제2012-0128395호의 발명은 자기공진 방식의 무선 전력 전송에 사용되는 중계 코일 시스템에 관한 것이 아니며, 다수의 1차 코일이 수평 방향으로 배열된 구조를 개시하고 있을 뿐, 특정 위치의 중계 코일에서 고전압이 인가되는 문제점 및 이에 대한 해결 방법을 개시하고 있지 않다.However, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2012-0128395 does not relate to a relay coil system used for a radio power transmission of a self-resonance method, and discloses a structure in which a plurality of primary coils are arranged in a horizontal direction. A high voltage is applied to the relay coil of the transformer, and a solution to the problem is not disclosed.

또한, 일본공개특허 제2012-0075304호의 발명은 자기 공진형 무선 전력 전송의 중계 코일 시스템에 관한 것으로, 다수의 중계 코일이 면방향으로 배열된 구조를 개시하고 있다. 하지만, 일본공개특허 제2012-0075304호의 발명은 특정 위치의 중계 코일에서 과전압이 발생되는 문제점 및 이의 해결 방법에 대해 개시되어 있지 않다.The invention of Japanese Laid-Open Patent Application No. 2012-0075304 relates to a relay coil system of self-resonant wireless power transmission, and discloses a structure in which a plurality of relay coils are arranged in the plane direction. However, the invention of Japanese Laid-Open Patent Application No. 2012-0075304 does not disclose a problem that an overvoltage is generated in a relay coil at a specific position and a solution method thereof.

또한, 한국공개특허 제2012-0040779호의 발명은 자기 공진 방식 무선 전력 전송에 사용되는 중계 코일 시스템에 관하여 언급하고 있으나, 특정 위치의 중계 코일에서 과전압이 발생되는 문제점 및 이의 해결 방법에 대해 인지하고 있지 않으며, 선행 문헌에서 송신 코일인 베이스 코일의 회전수가 중계 코일의 회전수보다 적은 구조는 본 발명의 과제 해결수단과는 상이하다.In addition, Korean Patent Publication No. 2012-0040779 discloses a relay coil system used for self-resonant wireless power transmission, but it is aware of a problem that an overvoltage occurs in a relay coil at a specific position and a solution thereof And the structure in which the number of revolutions of the base coil, which is the transmitting coil in the preceding document, is smaller than the number of revolutions of the relay coil differs from the problem solving means of the present invention.

한국공개특허 제2010-0128395호, "비접촉 전력 전달 장치와 방법"Korean Unexamined Patent Publication No. 2010-0128395, "Contactless Power Delivery Device and Method" 일본공개특허 제2012-0075304호, "무선 전력 전송 장치"Japanese Laid-Open Patent Application No. 2012-0075304, "Wireless Power Transmission Device" 한국공개특허 제2012-0040779호, "무선 전력 전송 장치"Korean Patent Publication No. 2012-0040779, "Wireless Power Transmission Device"

상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 복수 개의 중계 코일 중에서 고전압이 유도되는 영역의 중계 코일을 보강하여 고전압 유도에 의한 중계 코일의 파손을 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 breakage of a relay coil by reinforcing a relay coil in a region where a high voltage is induced from a plurality of relay coils, Transmission system.

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 장치에 중계하는 무선 전력 중계 장치는, 상기 자기장을 포섭하여 중계하는 복수개의 중계 코일을 포함하되, 상기 복수 개의 중계 코일 중 적어도 하나의 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비하여 큰 임피던스 값을 가지는 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 relaying the magnetic field by submitting the magnetic field, And at least one relay coil among the plurality of relay coils is a relay coil having a larger impedance value than the other relay coils.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 고전압 유도섹터에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the relay coil having the large impedance value may be located in the high voltage induction sector.

여기서, 상기 복수 개의 중계 코일이 일렬로 배치된 경우에 상기 고전압 유도섹터는 상기 무선 전력 수신 장치에 가장 가까이 인접한 중계 코일일 수 있다.Here, when the plurality of relay coils are arranged in a row, the high voltage induction sector may be a relay coil closest to the wireless power receiving apparatus.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 작은 저항값을 가질 수 있다.Here, the relay coil having the large impedance value may have a smaller resistance value than the other relay coil.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 작은 권선수를 가질 수 있다.Here, the relay coil having the large impedance value may have a smaller winding count than the other relay coils.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 큰 상호 인덕턴스 값을 가질 수 있다.Here, the relay coil having the large impedance value may have a larger mutual inductance value than the other relay coils.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 큰 결합 계수(K) 값을 가질 수 있다.Here, the relay coil having the large impedance value may have a larger coupling coefficient (K) value than the other relay coil.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일과 인접한 중계 코일 중 적어도 하나 이상의 중계 코일 간의 이격 거리는 나머지 중계 코일들 간의 이격 거리에 비해 작은 것일 수 있다.Here, the separation distance between the relay coil having the large impedance value and the relay coil adjacent to the at least one relay coil may be smaller than the separation distance between the other relay coils.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일과 인접한 중계 코일 간의 이격 거리를 조절하는 거리 조절부를 더 포함할 수 있다.Here, the distance adjusting unit may further include a distance adjusting unit that adjusts a distance between the relay coil having the large impedance value and the adjacent relay coil.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일에 인접한 중계 코일은 다른 중계 코일에 비해 큰 인덕턴스 값을 가질 수 있다.
Here, the relay coil adjacent to the relay coil having the large impedance value may have a larger inductance value than the other relay coil.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 무선 전력 전송 시스템은, 자기장을 통해 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치 및 상기 자기장을 포섭하여 중계하는 복수 개의 중계 코일을 포함하고, 상기 복수 개의 중계 코일 중 적어도 하나의 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비하여 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wireless power transmission system including: a wireless power transmission device for transmitting power through a magnetic field; and a plurality of relay coils for relaying and relaying the magnetic field, wherein at least one Is a relay coil having a larger impedance value than the other relay coils.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 고전압 유도섹터에 위치하는 것일 수 있다.Here, the relay coil having the large impedance value may be located in the high voltage induction sector.

여기서, 상기 복수 개의 중계 코일이 일렬로 배치된 경우에 상기 고전압 유도섹터는 무선 전력 수신 장치에 가장 가까이 인접한 중계 코일일 수 있다.Here, when the plurality of relay coils are arranged in a row, the high voltage induction sector may be a relay coil closest to the wireless power receiving apparatus.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 작은 저항값을 가지는 것일 수 있다.Here, the relay coil having the large impedance value may have a smaller resistance value than the other relay coil.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 작은 권선수를 가질 수 있다.Here, the relay coil having the large impedance value may have a smaller winding count than the other relay coils.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 큰 상호 인덕턴스 값을 가질 수 있다.Here, the relay coil having the large impedance value may have a larger mutual inductance value than the other relay coils.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 큰 결합 계수(K) 값을 가질 수 있다.Here, the relay coil having the large impedance value may have a larger coupling coefficient (K) value than the other relay coil.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일과 인접한 중계 코일 중 적어도 하나 이상의 중계 코일 간의 이격 거리는 나머지 중계 코일들 간의 이격 거리에 비해 작은 것일 수 있다.Here, the separation distance between the relay coil having the large impedance value and the relay coil adjacent to the at least one relay coil may be smaller than the separation distance between the other relay coils.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일과 인접한 중계 코일 간의 이격 거리를 조절하는 거리 조절부를 더 포함할 수 있다.Here, the distance adjusting unit may further include a distance adjusting unit that adjusts a distance between the relay coil having the large impedance value and the adjacent relay coil.

여기서, 상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일에 인접한 중계 코일은 다른 중계 코일에 비해 큰 인덕턴스 값을 가질 수 있다.
Here, the relay coil adjacent to the relay coil having the large impedance value may have a larger inductance value than the other relay coil.

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 고전압이 유도되는 영역의 중계 코일을 보강하여 고전압 유도에 의한 중계 코일의 파손을 방지할 수 있다.According to one aspect of the present invention, a relay coil in a region where a high voltage is induced is reinforced among a plurality of relay coils, thereby preventing breakage of the relay coil due to high voltage induction.

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 도 1의 무선 전력 전송 시스템의 실제 구현된 일례를 도시한 사시도이다.
도 4는 무선 전력 중계 장치의 구조적 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 무선 전력 중계 장치의 구조적 특징을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 6은 무선 전력 중계 장치의 구조적 특징을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 7은 무선 전력 중계 장치의 구조적 특징을 설명하기 위한 다른 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.
FIG. 3 is a perspective view showing an actual implemented example of the wireless power transmission system of FIG. 1; FIG.
4 is a diagram for explaining a structural characteristic of a wireless power relay apparatus.
5 is another diagram for explaining a structural characteristic of the wireless power relay apparatus.
6 is another diagram for explaining a structural characteristic of the wireless power relay apparatus.
7 is another diagram for explaining the structural characteristics of the 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 반비례한다.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 inversely 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 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 resonance 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.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템이 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 무선 전력 수신 장치(300)는 무선 전력 송신 장치(100)와 일정 거리 떨어져 위치할 수 있으며, 두 장치 간에는 하나 이상의 중계 코일(200-1~200-n)을 포함하는 무선 전력 중계 장치(200)가 배치되어 무선 전력 송신 장치(100)에서 생성된 자기장을 무선 전력 수신 장치(300)로 중계할 수 있다. 이때, 상기 중계 코일은 해당 장소의 바닥에 설치될 수 있으며, 경우에 따라서는 200-l ~ 200-n 과 같이 테이블 등에 설치되어 바닥으로부터 일정 높이까지 무선 전력 전송을 가능하게 할 수 있다.FIG. 3 illustrates a wireless power transmission system including a wireless power relay apparatus according to an embodiment of the present invention. 3, the wireless power receiving apparatus 300 of the present invention may be located a certain distance from the wireless power transmission apparatus 100, and one or more relay coils 200-1 to 200-n may be provided between the two apparatuses The wireless power relay apparatus 200 including the wireless power transmission apparatus 100 may be disposed to relay the magnetic field generated by the wireless power transmission apparatus 100 to the wireless power reception apparatus 300. At this time, the relay coil may be installed on the floor of the place, and may be installed on a table such as 200-l to 200-n in some cases to enable wireless power transmission from the floor to a certain height.

이와 같이, 다수의 중계 코일을 이용하여 무선 전력 중계 장치(200)를 구성하는 경우에, 무선 전력 수신 장치(300)의 위치 또는 개수가 급변하게 되면 특정 위치의 중계 코일, 특히, 무선 전력 수신 장치(300)와 자기장으로 직접 커플링된 상태의 중계 코일(200-n)에서 급격한 임피던스 변화가 발생하게 되고, 이로 인해 해당 중계 코일(200-n)에 고전압이 유도되어 중계 코일의 커패시터(220)의 break down에 의해 중계 코일이 파손 또는 무선 전력 중계 장치(200)가 동작 불능 상태가 될 수 있다. 이와 같이, 무선 전력 중계 장치(200)에서 고전압이 자주 유도되는 위치를 고전압 유도 섹터라고 하며, 무선 전력 수신 장치(300)의 전원이 OFF 되거나, 무선 전력 수신 장치(300)가 무선 전력 중계 장치(200)로부터 멀어짐에 따라 순간적으로 고전압이 유도되는 영역을 의미한다. 고전압 유도 섹터에 배치된 중계 코일의 경우 내부의 커패시터(220)에 순간적으로 허용 전압 이상의 전압이 걸리게 됨으로써 커패시터(220)가 파괴되는 현상이 발생한다.When the position or the number of the wireless power receiving apparatus 300 is suddenly changed in the case of configuring the wireless power relay apparatus 200 using a plurality of relay coils, the relay coil at a specific position, An abrupt change in impedance occurs in the relay coil 200-n that is directly coupled to the relay coil 300 and the magnetic field so that a high voltage is induced in the relay coil 200- The relay coil may be broken or the wireless power relay apparatus 200 may be disabled. The position where the high voltage is frequently induced in the wireless power relay apparatus 200 is referred to as a high voltage induction sector and the wireless power receiving apparatus 300 is powered off or the wireless power receiving apparatus 300 is connected to the wireless power relay apparatus 200 "). ≪ / RTI > In the case of the relay coil disposed in the high voltage induction sector, a voltage exceeding the allowable voltage is instantaneously applied to the capacitor 220 inside the capacitor 220, thereby causing the capacitor 220 to break.

예를 들어, 마지막 중계 코일을 통해 전력을 수급 받던 무선 전력 수신 장치(300)가 중계 코일로부터 빠른 속도로 이탈되는 경우에, 마지막 중계 코일에 순간적으로 허용 전압을 초과할 정도의 전압 상승이 발생할 수 있으며, 이때, 마지막 중계 코일의 전압 상승량은 이전 중계 코일들의 임피던스의 합에 반비례하며 무선 전력 수신 장치(300)의 임피던스에 비례하게 된다. For example, when the wireless power receiving apparatus 300 receiving power through the last relay coil is disconnected from the relay coil at a high speed, a voltage rise may occur momentarily in the last relay coil to exceed the allowable voltage At this time, the voltage increase amount of the last relay coil is inversely proportional to the sum of the impedances of the previous relay coils, and is proportional to the impedance of the wireless power receiving apparatus 300.

따라서, 고전압 유도 섹터에 배치된 중계 코일에 발생되는 고전압의 영향을 최소화하기 위해서는 고전압 유도 섹터에 배치된 중계 코일 및 그 이전의 중계 코일들의 임피던스의 합을 크게 하거나 또는 무선 전력 수신 장치(300)의 임피던스를 작게 하는 것이 필요하다. 여기서, 각각의 중계 코일들의 임피던스는 주파수와 주변 중계 코일간 상호 인덕턴스의 제곱에 비례하고, 각 중계 코일이 가지는 저항에 반비례한다.Accordingly, in order to minimize the influence of the high voltage generated in the relay coil disposed in the high voltage induction sector, it is necessary to increase the sum of the impedances of the relay coil disposed in the high voltage induction sector and the relay coils disposed in the high voltage induction sector, It is necessary to reduce the impedance. Here, the impedance of each of the relay coils is proportional to the square of the frequency and the mutual inductance between the adjacent relay coils, and inversely proportional to the resistance of each relay coil.

이하에서, 무선 전력 수신 장치(300)의 위치 또는 개수의 변화에 따른 임피던스 변화에 의해 고전압 유도 섹터에 발생되는 고전압에 의한 중계 코일의 파손을 방지하기 위한 본 발명의 무선 전력 중계 장치(200)의 구성을 설명하기로 한다.
Hereinafter, the wireless power relay apparatus 200 of the present invention for preventing the breakage of the relay coil due to the high voltage generated in the high voltage induction sector due to the impedance change according to the change of the position or the number of the wireless power receiving apparatus 300 The configuration will be described.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무선 전력 중계 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(300) 사이에 일정 간격으로 중계 코일(200-1~200-4)을 배치하며, 무선 전력 중계 장치(200)는 고전압 유도 섹터, 즉, 무선 전력 수신 장치(300)가 위치하는 영역의 중계 코일(200-4)의 권선수가 다른 위치의 중계 코일(200-1~200-3)에 비해 상대적으로 작게 구현될 수 있다. 이에 의해, 고전압 유도 섹터의 중계 코일(200-4)의 저항 Rn 값이 작아지므로, 중계 코일(200-4)의 임피던스 Zn 이 상대적으로 커지게 된다.4, the wireless power relay apparatus 200 of the present invention includes relay coils 200-1 to 200-4 at predetermined intervals between the wireless power transmission apparatus 100 and the wireless power reception apparatus 300, And the number of windings of the relay coil 200-4 in the area where the wireless power receiving apparatus 300 is located is set to the number of the relay coils 200-1 to 200- 200-3). As a result, the value of the resistance R n of the relay coil 200-4 of the high voltage induction sector becomes small, so that the impedance Z n of the relay coil 200-4 becomes relatively large.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무선 전력 중계 장치(200)는 고전압 유도 섹터의 중계 코일(200-4)의 위치를 전단의 중계 코일(200-3)에 가깝게 위치시킴으로써, 고전압 유도 섹터의 중계 코일(200-4)의 결합 계수(k)를 증가시켜서, 고전압 유도 섹터의 중계 코일(200-4)의 상호 인덕턴스 Mnk를 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 고전압 유도 섹터의 중계 코일(200-4)의 임피던스 Zn 이 상대적으로 커지게 된다.5, the wireless power relay apparatus 200 of the present invention places the position of the relay coil 200-4 of the high voltage induction sector close to the relay coil 200-3 at the previous stage, The mutual inductance M nk of the relay coil 200-4 of the high voltage induction sector can be increased by increasing the coupling coefficient k of the relay coil 200-4 of the induction sector. As a result, the impedance Z n of the relay coil 200-4 of the high voltage induction sector becomes relatively large.

한편, 이러한 구성은 중계 코일이 수직으로 확장되는 무선 전력 중계 장치(200)의 구성에서도 구현될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 무선 전력 중계 장치(200)의 중계 코일(200-1~ 200-4)이 테이블 등에 결합되어 무선 전력 전송 영역이 수직으로 확장된 경우에, 고전압 유도 섹터는 무선 전력 수신 장치(300)가 위치하는 테이블 상판에 설치된 중계 코일(200-4)일 수 있으며, 이 경우에 고전압 유도 섹터의 중계 코일(200-4)과 그 전단의 중계 코일(200-3) 간의 거리(d3)를 다른 중계 코일(200-1~200-3) 간의 거리(d1, d2)에 비해 상대적으로 가깝게 설치함으로써, 고전압 유도 섹터의 중계 코일(200-4)의 상호 인덕턴스 Mnk를 증가시켜서, 결과적으로 임피던스 Zn을 상대적으로 증가시킬 수 있다.This configuration can also be implemented in the configuration of the wireless power relay apparatus 200 in which the relay coil extends vertically. 6, when the relay coils 200-1 to 200-4 of the wireless power relay apparatus 200 are coupled to a table or the like so that the wireless power transmission region extends vertically, the high voltage induction sector is divided into wireless power The distance between the relay coil 200-4 of the high voltage induction sector and the relay coil 200-3 at the front end of the high voltage induction sector can be the relay coil 200-4 installed on the table top plate on which the receiver 300 is located. (d 3), the mutual inductance of the other relay coil (200-1 ~ 200-3) by relatively close to install relative to the distance (d 1, d 2) between the relay coil of the high-voltage induction sector (200-4), M nk And as a result, the impedance Z n can be relatively increased.

다른 실시예에서는, 도 7과 같이, 테이블에 설치된 고전압 유도 섹터의 중계 코일(200-4)과 그 전단의 중계 코일(200-3) 간의 거리(d3)를 조절할 수 있는 거리 조절부(240)를 더 포함할 수 있다.In another embodiment, as shown in FIG. 7, a distance adjuster 240 (refer to FIG. 7) capable of adjusting the distance d 3 between the relay coil 200-4 of the high voltage induction sector provided in the table and the relay coil 200-3 at the previous stage, ).

한편, 고전압 유도 섹터의 중계 코일(200-4)의 상호 인덕턴스 Mnk를 증가시키기 위한 또 다른 방법으로, 고전압 유도 섹터 전단의 중계 코일(200-3)의 권선수를 증가시켜서 인덕턴스 값을 증가시킬 수 있다.
On the other hand, as another method for increasing the mutual inductance M nk of the relay coil 200-4 of the high voltage induction sector, the winding of the relay coil 200-3 in the high voltage induction sector is increased to increase the inductance value .

이상에서 설명한 구성을 통해, 본 발명의 무선 전력 중계 장치(200) 및 이를 구비하는 무선 전력 전송 시스템은, 고전압 감시 및 대응을 위한 별도의 회로 구성 없이도 고전압이 유도되는 영역의 중계 코일 또는 그 전단의 중계 코일을 보강함으로써, 고전압 유도에 의한 중계 코일의 파손을 방지할 수 있어서 신뢰성 있는 무선 전력 전송이 가능하게 된다.
Through the above-described configuration, the wireless power relay apparatus 200 and the wireless power transmission system including the same of the present invention can be applied to a relay coil in a region where a high voltage is induced, or a relay coil By reinforcing the relay coil, breakage of the relay coil due to high voltage induction can be prevented, thereby enabling reliable wireless power transmission.

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 (20)

무선 전력 송신 장치에서 생성된 자기장을 무선 전력 수신 장치에 중계하는 무선 전력 중계 장치에 있어서,
상기 자기장을 포섭하여 중계하는 복수개의 중계 코일을 포함하되,
상기 복수 개의 중계 코일 중 적어도 하나의 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비하여 큰 임피던스 값을 가지는 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 relaying the magnetic field by taking in the magnetic field,
Wherein at least one of the plurality of relay coils is a relay coil having a larger impedance value than the other relay coils.
Wireless power relay device.
제 1 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 고전압 유도섹터에 위치하는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.
The method according to claim 1,
And the relay coil having the large impedance value is located in the high voltage induction sector.
Wireless power relay device.
제 2 항에 있어서,
상기 복수 개의 중계 코일이 일렬로 배치된 경우에 상기 고전압 유도섹터는 상기 무선 전력 수신 장치에 가장 가까이 인접한 중계 코일인,
무선 전력 중계 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein when the plurality of relay coils are arranged in a line, the high voltage induction sector is a relay coil closest to the wireless power receiving apparatus,
Wireless power relay device.
제 1 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 작은 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.
The method according to claim 1,
And the relay coil having the large impedance value has a smaller resistance value than the other relay coil.
Wireless power relay device.
제 1 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 작은 권선수를 가지는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.
The method according to claim 1,
Characterized in that the relay coil having the large impedance value has a smaller turn than the other relay coils.
Wireless power relay device.
제 1 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 큰 상호 인덕턴스 값을 가지는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.
The method according to claim 1,
And the relay coil having the large impedance value has a larger mutual inductance value than the other relay coil.
Wireless power relay device.
제 1 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 큰 결합 계수(K) 값을 가지는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.
The method according to claim 1,
And the relay coil having the large impedance value has a larger coupling coefficient (K) value than the other relay coil.
Wireless power relay device.
제 1 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일과 인접한 중계 코일 중 적어도 하나 이상의 중계 코일 간의 이격 거리는 나머지 중계 코일들 간의 이격 거리에 비해 작은 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.
The method according to claim 1,
Wherein a separation distance between at least one of the relay coils having the large impedance value and the adjacent relay coils is smaller than a separation distance between the other relay coils.
Wireless power relay device.
제 1 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일과 인접한 중계 코일 간의 이격 거리를 조절하는 거리 조절부를 더 포함하는,
무선 전력 중계 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a distance adjusting unit for adjusting a distance between the relay coil having the large impedance value and the relay coil adjacent to the relay coil,
Wireless power relay device.
제 1 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일에 인접한 중계 코일은 다른 중계 코일에 비해 큰 인덕턴스 값을 가지는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 중계 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the relay coil adjacent to the relay coil having the large impedance value has a larger inductance value than the other relay coil.
Wireless power relay device.
무선 전력 전송 시스템에 있어서,
자기장을 통해 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치; 및
상기 자기장을 포섭하여 중계하는 복수 개의 중계 코일;을 포함하고,
상기 복수 개의 중계 코일 중 적어도 하나의 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비하여 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일인 것을 특징으로 하는,
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 plurality of relay coils for relaying the magnetic fields,
Wherein at least one of the plurality of relay coils is a relay coil having a larger impedance value than the other relay coils.
Wireless power transmission system.
제 11 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 고전압 유도섹터에 위치하는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 전송 시스템.
12. The method of claim 11,
And the relay coil having the large impedance value is located in the high voltage induction sector.
Wireless power transmission system.
제 12 항에 있어서,
상기 복수 개의 중계 코일이 일렬로 배치된 경우에 상기 고전압 유도섹터는 무선 전력 수신 장치에 가장 가까이 인접한 중계 코일인,
무선 전력 전송 시스템.
13. The method of claim 12,
Wherein when the plurality of relay coils are arranged in a row, the high voltage induction sector is a relay coil closest to the wireless power receiving apparatus,
Wireless power transmission system.
제 11 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 작은 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 전송 시스템.
12. The method of claim 11,
And the relay coil having the large impedance value has a smaller resistance value than the other relay coil.
Wireless power transmission system.
제 11 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 작은 권선수를 가지는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 전송 시스템.
12. The method of claim 11,
Characterized in that the relay coil having the large impedance value has a smaller turn than the other relay coils.
Wireless power transmission system.
제 11 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 큰 상호 인덕턴스 값을 가지는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 전송 시스템.
12. The method of claim 11,
And the relay coil having the large impedance value has a larger mutual inductance value than the other relay coil.
Wireless power transmission system.
제 11 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일은 나머지 중계 코일에 비해 큰 결합 계수(K) 값을 가지는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 전송 시스템.
12. The method of claim 11,
And the relay coil having the large impedance value has a larger coupling coefficient (K) value than the other relay coil.
Wireless power transmission system.
제 11 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일과 인접한 중계 코일 중 적어도 하나 이상의 중계 코일 간의 이격 거리는 나머지 중계 코일들 간의 이격 거리에 비해 작은 것을 특징으로 하는,
무선 전력 전송 시스템.
12. The method of claim 11,
Wherein a separation distance between at least one of the relay coils having the large impedance value and the adjacent relay coils is smaller than a separation distance between the other relay coils.
Wireless power transmission system.
제 11 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일과 인접한 중계 코일 간의 이격 거리를 조절하는 거리 조절부를 더 포함하는,
무선 전력 전송 시스템.
12. The method of claim 11,
Further comprising a distance adjusting unit for adjusting a distance between the relay coil having the large impedance value and the relay coil adjacent to the relay coil,
Wireless power transmission system.
제 11 항에 있어서,
상기 큰 임피던스 값을 가지는 중계 코일에 인접한 중계 코일은 다른 중계 코일에 비해 큰 인덕턴스 값을 가지는 것을 특징으로 하는,
무선 전력 전송 시스템.12. The method of claim 11,
Wherein the relay coil adjacent to the relay coil having the large impedance value has a larger inductance value than the other relay coil.
Wireless power transmission system.
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