KR20150124043A - 무선전력 전송시스템 - Google Patents

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KR20150124043A KR1020140050089A KR20140050089A KR20150124043A KR 20150124043 A KR20150124043 A KR 20150124043A KR 1020140050089 A KR1020140050089 A KR 1020140050089A KR 20140050089 A KR20140050089 A KR 20140050089A KR 20150124043 A KR20150124043 A KR 20150124043A
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 손목시계형 기기의 회전 위치에 관계없이 안정적인 전력을 공급할 수 있는 무선전력 공급시스템에 관한 것이다.

Description

무선전력 전송시스템{Wireless Power Transfer System}
본 발명의 실시예는 무선전력 전송시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근, 무선전력 전송시스템(Wireless Power Transfer System)에 관한 연구가 집중적으로 이루어지고 있다. 무선전력 전송시스템은 전원 케이블이 필요 없도록 하기 때문에 전자기기에 편리성을 제공한다. 그러나, 급전장치에 대한 기기의 상대적 위치가 전력전달 능력에 영향을 주기 때문에, 이러한 문제를 해결하기 위해 다수의 급전코일을 채용하거나 또는 다수의 집전코일을 채용한 시스템이 제안되고 있다.
인체에 착용 가능한 컴퓨팅 장치 중에서 손목시계형(Wristwatch Type) 기기들이 주목을 받고 있다. 손목시계형 기기를 충전할 때, 급전코일이 손목시계형 기기의 중앙에 위치하도록 할 수 있다. 이러한 경우에 손목시계형 기기의 회전 위치가 집전장치의 성능에 영향을 준다. 만약 생성된 자속이 회전 각도에 종속적이지 않다면 회전 각도에 무관한(Rotational Position-free) 전압을 집전장치로부터 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 실시예는, 기기의 회전 위치에 관계없이 안정적인 전력을 공급할 수 있는 무선전력 공급시스템을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 실시예의 일 측면에 의하면, 각각에 흐르는 단상교류전류에 의해 전자기장을 발생시키는 두 개의 급전코일을 구비한 급전부; 및 상기 급전코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 집전코일 및 상기 집전코일의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류부를 구비한 집전부를 포함하되, 상기 두 개의 급전코일 중 하나는 i-평면상에 위치하고, 다른 하나는 j-평면상에 위치하고, 상기 i,j 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템을 제공한다.
또한, 상기 두 개의 급전코일 각각에 흐르는 단상교류전류는 서로 90°의 위상차이를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 i,j 평면은, 서로 수직한 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 각각에 흐르고 서로 90°의 위상차이를 갖는 단상교류전류에 의해 전자기장을 발생시키는 두 개의 급전코일을 구비한 급전부; 및 상기 급전코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 세 개의 집전코일 및 상기 세 개의 집전코일 각각의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류부를 구비한 집전부를 포함하되, 상기 세 개의 집전코일 중 하나는 l-평면상에 위치하고, 다른 하나는 m-평면상에 위치하고, 또다른 하나는 n-평면상에 위치하고, 상기 l, m, n 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템을 제공한다.
또한, 상기 두 개의 급전코일 중 하나가 위치하는 평면과 나머지 하나가 위치하는 평면이 서로 수직한 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 서로 직교로 배치된 2 개의 급전코일로 구성된 급전부를 이용함으로써, 집전부의 회전 위치가 전력 전송에 미치는 영향을 줄여 무선전력 전송효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 서로 직교로 배치된 3 개의 집전코일을 이용함으로써, 인버터가 소프트 스위칭 상태로 동작하게 하여 시스템의 스위칭 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 개략적인 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 급전코일에 흐르는 각 구동전류의 위상관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 2상 인버터를 상세하게 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 PLL(Phase Locked Loop) 회로를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 단상 집전코일에 의한 전압 및 전류의 페이저(Phasor) 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 3상 부하 전류에 의해서 하나의 급전코일에 유기되는 전압의 페이저 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 3상 집전코일에 의한 전압 및 전류의 페이저 다이어그램이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 단상 집전코일에 의한 전압 및 전류에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다
Figure pat00001
.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 단상 집전코일에 의한 전압 및 전류에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다
Figure pat00002
.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 3상 집전코일에 의한 전압 및 전류에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다
Figure pat00003
.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 3상 집전코일에 의한 전압 및 전류에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다
Figure pat00004
.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 외관을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템은 급전코일 은닉부(10) 및 손목시계형 기기 거치부(20)를 포함하여 구성될 수 있다. 손목시계형 기기(미도시)는 급전코일 은닉부(10)의 둘레를 따라 형성되는 손목시계형 기기 거치부(20)에 거치된 상태에서 급전코일 은닉부(10)의 내부에 배치된 급전코일로부터 무선전력을 전송받을 수 있도록 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 구성을 설명함에 있어서 손목시계형 기기의 거치부(20)가 급전코일 은닉부(10)의 외부에 배치되는 경우를 예로 들어 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 도면으로 도시하지는 않았지만 손목시계형 기기가 급전코일이 배치되는 공간의 내부에 놓여 무선전력을 전송받도록 구성될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템(200)의 블록도이다. 무선전력 전송시스템(200)은 2상(2-Phase) 인버터(210), 제1 급전코일(222), 제2 급전코일(224), 집전코일(230), 제1 급전보상 커패시터(Cr2a), 제2 급전보상 커패시터(Cr2b), 집전보상 커패시터(Cpickup) 및 부하(240)를 포함하여 구성될 수 있다.
2상 인버터(210)는 수학식 1 및 수학식 2를 따르는 2상 전류(i2a,i2b)를 서로 수직하도록 배치되는 제1 급전코일(222) 및 제2 급전코일(224) 각각에 공급하도록 구성될 수 있다. 집전코일(230)은 제1 급전코일(222) 및 제2 급전코일(224) 각각에 상호 인덕턴스(MaL,MbL)를 갖도록 배치될 수 있다. 제1 급전코일(222) 및 제2 급전코일(224) 각각의 자기 인덕턴스(Self-inductance)는 제1 급전보상 커패시터(Cr2a) 및 제2 급전보상 커패시터(Cr2b)에 의해 완전 보상(Fully Compensated)되도록 구성될 수 있고, 집전코일(230)의 자기 인덕턴스는 집전보상 커패시터(Cpickup)에 의해 완전 보상되도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 급전코일에 흐르는 각 구동전류의 위상관계를 나타내는 도면이다. 도 3(a)에 도시된 바와 같이 서로 수직이 되도록 배치되는 제1 급전코일(222) 및 제2 급전코일(224) 각각에 흐르는 전류(i2a,i2b)가 각각 수학식 1 및 수학식 2와 같이 90°의 위상차를 갖게 공급되도록 구성할 수 있다. 여기서, ω는 전류(i2a,i2b)의 각주파수(Angular Frequency)이다.
Figure pat00005
Figure pat00006
수학식 1 및 수학식 2로 표현되는 교류 전류(i2a,i2b)에 의해 생성되는 자속은 정지 맥동(Stationary Pulsating)한다. 제1 급전코일(222) 및 제2 급전코일(224)의 중심에서의 자속의 밀도는 수학식 3 및 수학식 4와 같이 전류(i2a,i2b)와 유사한 파형을 나타내게 된다. 여기서, Ba 및 Bb는 전류(i2a,i2b)에 의해 각각 생성되는 자속 밀도를 나타낸다.
Figure pat00007
Figure pat00008
자속밀도 Ba 및 Bb를 결합한 합성자속밀도(B)의 크기는 수학식 5와 같이 주어지고, 수평방향의 회전각(θ)은 수학식 6과 같이 주어진다.
Figure pat00009
Figure pat00010
이상에서 설명한 바와 같이, 제1 급전코일(222) 및 제2 급전코일(224) 각각에 공급되는 전류(i2a,i2b)에 의해 생성된 합성자속밀도(B)는 크기가 일정하고 각주파수(ω)로 회전함을 알 수 있다. 일정한 크기(Bm )의 자속이 각주파수(ω)로 회전하기 때문에, 집전코일(230)에 유기되는 유도전압은 집전코일(230)의 위치에 의해 영향을 받지 않는다. 또한, 이러한 사실은 급전코일(222,224)과 집전코일(230) 사이의 상호 인덕턴스를 이용하여 설명될 수도 있다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이 집전코일(230)이 위치해 있을 경우, 상호 인덕턴스(MaL,MbL)는 수학식 7 및 수학식 8에 의해 표현할 수 있다. 여기서, MaL은 집전코일(230)과 제1 급전코일(222) 사이의 상호 인덕턴스이고, MbL은 집전코일(230)과 제2 급전코일(224) 사이의 상호 인덕턴스이다. 또한, Mpickup은 각 급전코일(222,224)과 집전코일(230)이 정확하게 정렬(Exactly Aligned)되었을 때의 상호 인덕턴스를 나타낸다.
Figure pat00011
Figure pat00012
사인파 동작(Sinusoidal Operation)을 가정하면, 집전코일(230)에 유기되는 유도전압(V pickup)은 수학식 9와 같이 페이저(Phasor)로 표현할 수 있다. 집전코일(230)에 유기되는 유도전압(V pickup)은 크기가 집전코일(230)의 위치
Figure pat00013
에 관계없이 일정하고 위상은
Figure pat00014
만큼 지연된다. 여기서,
Figure pat00015
는 집전코일(230)의 회전각을 나타낸다.
Figure pat00016
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템의 2상 인버터(210)를 상세하게 나타낸 도면이다. 2상 인버터(210)는 스위치(S1,S2,S3,S4), 제1 절연변압기(452), 제2 절연변압기(454), 1차측 제1보상커패시터(Cr1a) 및 1차측 제2보상커패시터(Cr1b)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송시스템(200)에서는 회전하는 자속을 얻기 위해 2상 인버터(210)를 포함할 수 있다. 여기서, 각 스위치(S1,S2,S3,S4)에 의한 스위칭 동작은 일반적 기술이므로 별도의 상세한 설명은 생략하기로 한다. 2상 전류(i2a,i2b)를 간편하게 만들기 위해 완전 보상된 절연변압기(452,454)를 사용한다. 여기서, 완전보상이란 인덕터에 의한 전압강하가 보상 커패시터 또는 공진(Resonance) 커패시터에 의한 전압강하에 의해 완전하게 제거되는 것을 말하며, 부족보상(Under-compensated)이란 인덕터에 의한 전압강하가 보상 커패시터 또는 공진 커패시터에 의한 전압강하보다 큰 것을 말하고, 과보상(Over-compensated)이란 인덕터에 의한 전압강하보다 보상 커패시터 또는 공진 커패시터에 의한 전압강하가 큰 것을 말한다.
만약, 절연변압기(452,454)에 포함되는 코일의 자기 인덕턴스가 보상 커패시터(Cr1a,Cr1b,Cr2a,Cr2b)에 의해 완전하게 보상되었다면, 절연변압기(452,454)의 1차측 및 2차측의 각 전압-전류의 관계는 수학식 10 내지 13와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, V 1a는 절연변압기(452)의 1차측에 공급되는 전압이고, V 1b는 절연변압기(454)의 1차측에 공급되는 전압이며, V 2a는 절연변압기(452)의 2차측에 유기되는 전압이고, V 2b는 절연변압기(454)의 2차측에 유기되는 전압이다. 또한, I 2a는 절연변압기(452)의 2차측에 흐르는 전류이자 제1 급전코일(222)에 흐르는 전류이고, I 2b는 절연변압기(454)의 2차측에 흐르는 전류이자 제2 급전코일(224)에 흐르는 전류이며, I 1a는 절연변압기(452)의 1차측에 흐르는 전류이고, I 1b는 절연변압기(454)의 1차측에 흐르는 전류이다. 마지막으로, MT는 절연변압기(452,454)의 상호 인덕턴스이다.
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
급전코일(222,224)에 각각 공급되는 전류(I 2a,I 2b)의 위상차(Phase Difference)는 도 5에 도시된 PLL(Phase Locked Loop) 회로에 의해 제어된다. PLL 회로는 곱셈기(560), LPF(Low Pass Filter, 570), 버퍼(582) 및 반전기(584)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, PLL은 일반적 기술이므로 별도의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이후, 집전코일(230)이 부하(240)에 전력을 공급하면 수학식 14 및 수학식 1에 따른 전압이 각 급전코일(222,224)에 나타나게 되고, 단순성을 기하기 위해 각 급전코일(222,224)에 저항 성분이 없다고 가정하면 이러한 전압(V 2a',V 2b')가 수학식 12 및 수학식 13에 의한 절연변압기(452)의 2차측에 유기되는 전압(V 2a) 및 절연변압기(454)의 2차측에 유기되는 전압(V 2b)을 각각 중화(Counteract)하게 된다. 여기서, I pickup은 집전코일(230)에 흐르는 전류이자 부하(240)에 흐르는 전류이다.
Figure pat00021
Figure pat00022
집전코일(230)에 연결되는 부하(240)는 일반적으로 저항성 부하로 생각할 수 있다. 수학식 7 내지 수학식 15로부터 도 6에 도시된 바와 같은 전압-전류 관계를 도출할 수 있다. 여기서,
Figure pat00023
는 집전코일(230)의 회전각을 나타내며, I 2a가 기준이고, I 2b는 I 2a에 위상이 90°만큼 뒤진다.
도 6(a1)은 절연변압기(452)의 1차측(A/B 2개의 상에서 A상)의 전류와 전압의 페이저도이고, 도 6(b1)은 절연변압기(454)의 1차측(A/B 2개의 상에서 B상)의 전류와 전압의 페이저도이다. 도 6(a2)는 제1 급전코일(222)(A상)의 전류와 유기된 전압의 페이저도이고, 도 6(b2)는 제2 급전코일(224)(B상)의 전류와 유기된 전압의 페이저도이다. 도 6(c)는 집전코일(230)의 전류 및 유기된 전압의 페이저도를 나타낸다. 집전코일(230)의 회전각(
Figure pat00024
)이 모든 페이저 관계에 영향을 미치고 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 2상 인버터(210)의 두 개의 상(A 및 B) 가운데 어느 하나의 상에서 전류가 전압을 앞서고 있음을 알 수 있다. 이것은 두 개의 상(A 및 B) 가운데 어느 하나의 상에서 하드 스위칭(Hard Switching)이 일어나고 있음을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 공급시스템이 가지고 있는 이와 같은 약점은 이후에 설명될 본 발명의 다른 실시예에 의해 개선될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 무선전력 공급시스템은 집전코일(230)을 분리된 형태(다상 코일, Multi-phase Winding)로 구비함으로써 앞에서 설명한 하드 스위칭으로 인한 약점을 개선할 수 있다. 만약, 집전코일(230)을 3개의 코일(미도시)로 구비하면 3개의 전류가 급전코일(222,224)에 영향을 줄 수 있다.
도 7은 집전코일(230)이 120° 간격을 두고 위치하는 3개의 코일로 이루어진 경우의 페이저도를 나타낸다. 이때, 각 코일(R,S 및 T)은 각각 회전각
Figure pat00025
, 120°+
Figure pat00026
및 240°+
Figure pat00027
이 되는 지점에 위치한다. 3개의 코일(R,S 및 T)에 유기된 전압의 크기는 모두 같다. 왜냐하면, 집전코일(230)에 유기되는 전압은 위치에 영향을 받지 않기 때문이다. 만약, 3개의 코일(R,S 및 T)이 대칭적으로 위치하고 있다면 3개의 코일(R,S 및 T)에 의해 대칭적인 3상 전압을 얻을 수 있다. 이때, 각 코일(R,S 및 T)에는 동일한 부하(240)가 연결되도록 하는 것이 요구된다.
수학식 7,8 및 수학식 14,15에 따르면, 집전코일 전류(I pickup)에 의해 유기되는 페이저 전압의 끝은 급전코일(222,224)과 각 집전코일(R,S 및 T)이 정렬되었을 때 유기되는 전압의 크기를 직경으로 갖는 원의 둘레을 따라 회전한다.
따라서, 각 집전코일(R,S 및 T)에 흐르는 전류에 의해 유기되는 3개의 페이저 전압의 끝은 도 7에 도시된 원의 둘레에 위치하게 된다. 도 7에 도시된 원의 중심(C)에서 각 페이저의 끝을 보면, 3개의 페이저는 각각으로부터 120°떨어져 있음을 알 수 있다. 부하(240)에 흐르는 전류(I pickup)에 의해 각 급전코일(222,224)에 유기되는 전압은 위에서 설명한 3개의 페이저의 백터합(Vector Sum)이 되며, 수학식 16 및 수학식 17과 같이 전류에 직교하는 수직 성분(V y)의 크기는 영(Zero)이고, 전류와 나란한 수평 성분(V x)의 크기는 급전코일(222,224)과 각 집전코일(R,S 및 T)이 정렬되었을 때 유기되는 전압의 크기(V)의 1.5배이다.
Figure pat00028
Figure pat00029
이상에서 설명한 바와 같이, 동상(In-phase)의 전압이 제1 집전코일(222)에 유기되며, 유사한 분석이 제2 집전코일(224)에도 제1 집전코일(222)의 경우와 마찬가지로 적용되고 동일한 결과가 도출될 수 있다. 이에 따라, 도 6에 도시된 페이저도가 도 8에 도시된 페이저도와 같이 변경될 수 있다. 즉, 2상 인버터(210)의 각 상(A 및 B)에서 동상의 전류 및 전압을 얻을 수 있다. 급전코일(222,224)에서의 약간의 부족보상 또는 집전코일(230)에서의 약간의 과보상이 2상 인버터(210)의 소프트 스위칭(Soft Switching)을 보장하게 되어 무선전력 전송시스템(200)의 스위칭 손실을 줄일 수 있다.
본 발명의 각 실시예에 의한 무선전력 전송시스템(200)의 성능을 입증하기 위한 컴퓨터 시뮬레이션이 수행되었다. 표 1은 시뮬레이션에서 사용된 각 파라미터들을 나타낸다. 작동 주파수는 180 kHz이다.
MT Mpickup i2a,i2b 부하(1상) 부하(3상)
값 15 μH 15 μH 5 Arms 10 Ω 10 Ω
도 9는 집전코일(230)의 회전각(
Figure pat00030
)가 π/8일 때의 각 전압 및 전류의 파형을 나타내고, 도 10은 집전코일(230)의 회전각(
Figure pat00031
)가 5π/12일 때의 각 전압 및 전류의 파형을 나타낸다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 집전코일(230)에 유기되는 전압의 크기는 동일하지만 위상은 다른 것을 알 수 있으며, 2상 컨버터(210)의 각 상의 전압과 전류는 위상이 서로 어긋나 있음을 알 수 있다.
도 10은 집전코일(230)이 3 개의 상으로 구비되고 회전각(
Figure pat00032
)가 π/8일 때의 각 전압 및 전류의 파형을 나타내고, 도 11은 집전코일(230)이 3 개의 상으로 구비되고 집전코일(230)의 회전각(
Figure pat00033
)가 5π/12일 때의 각 전압 및 전류의 파형을 나타낸다. 여기서, vpkR, vpkS 및 vpkT는 3 개의 코일(R,S 및 T)에 각각 유기된 전압을 나타낸다. 3 개의 코일(R,S 및 T)에 각각 유기된 전압은 모두 동일한 크기를 갖되 위상이 서로 다름을 알 수 있으며, 전압과 위상이 동일한 전류가 2상 컨버터(210)의 각 상에서 관찰되고 있음을 알 수 있다. 이에 따라, 2상 인버터(210)의 각 상으로 균일한 전력이 공급되게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 각 실시예에 따른 무선전력 공급시스템에 의해 집전코일의 회전 위치에 영향을 받지 않고 손목시계형 기기에 균일하게 전력을 공급할 수 있는 것이 가능하며, 또한 집전코일을 3상으로 형성함으로써 2상 인버터가 소프트 스위칭 상태에서 동작하도록 하는 것이 가능함을 확인할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 무선전력 공급시스템은 원통형의 공간(미도시)에 서로 대칭성을 갖도록 배치되는 N(N은 3 이상의 자연수)개의 급전코일(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다. 원통의 종단면을 기준으로, N개의 급전코일은 원통의 원주면에 360°/N의 간격으로 이격되어 서로 대칭되도록 배치되고, N개의 급전코일에는 360°/N의 위상차를 갖는 단상교류전류가 각각 공급되도록 구성된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 무선전력 공급시스템의 구성을 설명함에 있어서 원통형의 공간을 예로 들어 설명하지만 이해를 돕기 위한 것일 뿐이고 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, N개의 급전코일을 원통의 원주면에 360°/N의 간격으로 서로 대칭되게 배치하고, 최대진폭이 동일하되 360°/N의 위상차를 갖는 단상교류전류를 N개의 급전코일에 각각 공급하면, N개의 급전코일 주변의 공간에는 크기가 일정하고 급전코일에 공급되는 단상교류전류의 각주파수에 따라 회전하는 회전자속이 생성되게 되며, 집전코일(미도시)을 원통의 내부 또는 외부에 배치함으로써 회전 자속으로 인해 유기되는 유도전압은 집전코일의 위치에 의해 영향을 받지 않게 된다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 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. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200: 무선전력 공급시스템
210: 2상 인버터
222: 제1 급전코일 224: 제2 급전코일
230: 집전코일 240: 부하
452: 제1 절연변압기 454: 제2 절연변압기

Claims (5)

  1. 각각에 흐르는 단상교류전류에 의해 전자기장을 발생시키는 두 개의 급전코일을 구비한 급전부; 및
    상기 급전코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 집전코일 및 상기 집전코일의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류부를 구비한 집전부를 포함하되,
    상기 두 개의 급전코일 중 하나는 i-평면상에 위치하고, 다른 하나는 j-평면상에 위치하고,
    상기 i,j 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 두 개의 급전코일 각각에 흐르는 단상교류전류는 서로 90°의 위상차이를 갖는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 i,j 평면은, 서로 수직한 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.
  4. 각각에 흐르고 서로 90°의 위상차이를 갖는 단상교류전류에 의해 전자기장을 발생시키는 두 개의 급전코일을 구비한 급전부; 및
    상기 급전코일로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 전달받는 세 개의 집전코일 및 상기 세 개의 집전코일 각각의 출력을 정류하여 부하에 공급하는 정류부를 구비한 집전부를 포함하되,
    상기 세 개의 집전코일 중 하나는 l-평면상에 위치하고, 다른 하나는 m-평면상에 위치하고, 또다른 하나는 n-평면상에 위치하고,
    상기 l, m, n 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 두 개의 급전코일 중 하나가 위치하는 평면과 나머지 하나가 위치하는 평면이 서로 수직한 것을 특징으로 하는 무선전력 전송시스템.
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KR101228566B1 (ko) * 2012-01-18 2013-02-14 주식회사 엘트로닉스 2 디멘션을 갖는 무선 에너지 전송용 공진 안테나 장치
KR20140007624A (ko) * 2012-07-09 2014-01-20 부경대학교 산학협력단 급전측 코일과 집전측 코일 간의 상대적 위치에 둔감한 무선전력 전송시스템
KR20140025537A (ko) * 2011-05-31 2014-03-04 애플 인크. 밀집된 어레이 내의 자기 분리형 다중 공진 코일

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