KR20160030672A - 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 송수신 시스템 - Google Patents

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조형욱
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한창목
성재석
한정만
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 금속 물질로 이루어진 케이스; 및 상기 케이스의 일 면을 절연하여 적어도 2개의 수신 전극을 형성하는 절연체; 를 포함하고, 상기 적어도 2개의 수신 전극은 외부의 적어도 2개의 송신 전극과 커패시터를 형성하여, 상기 적어도 2개의 송신 전극으로부터 송신되는 전원을 수신할 수 있다.

Description

무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 송수신 시스템{WIRELESS POWER RECEIVING APPARATUS AND WIRELESS POWER TRANSMITTING AND RECEIVING SYSTEM}
본 발명은 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 송수신 시스템에 관한 것이다.
전자장치가 외부로부터 전원을 공급받기 위해서는 외부의 전원 공급 설비로부터 전자장치에 전원을 전달해 주기 위한 전력 공급 장치가 필요하게 된다.
이러한 전력 공급 장치로는 일반적으로 커넥터 등으로 전자 장치에 직접 연결되어 전자 장치에 내장된 배터리(battery)에 전력을 공급하는 유선 방식의 전력 공급 장치가 주로 사용되거나, 하기의 선행 기술 문헌에 기재된 발명과 같이, 자기 유도 효과 또는 자기 공진 효과에 의해 무선 방식으로 전자 장치에 내장된 배터리에 전원을 공급할 수 있다.
최근의 전자 장치는 디자인의 차별화, 고급화를 위해 기존의 플라스틱 케이스가 아닌 금속 케이스를 적용하고 있다. 다만, 금속의 자기 저항이 공기에 비해 매우 작기 때문에 지금까지 상용화된 자기 유도, 자기 공진 방식의 무선 충전 기술은 금속 케이스를 구비한 전자 장치에 적용할 수 없는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0009227호
본 발명의 과제는 금속 물질로 이루어진 케이스를 구비하는 경우에도 무선으로 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 송수신 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 금속 물질로 이루어진 케이스; 및 상기 케이스의 일 면을 절연하여 적어도 2개의 수신 전극을 형성하는 절연체; 를 포함하고, 상기 적어도 2개의 수신 전극은 외부의 적어도 2개의 송신 전극과 커패시터를 형성하여, 상기 적어도 2개의 송신 전극으로부터 송신되는 전원을 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 외부의 송신 전극과 커패시터를 형성하여 전원을 수신하는 수신 전극부; 및 상기 수신 전극부로부터 전달되는 전원에 의해 충전되는 배터리부; 를 포함하고, 상기 수신 전극부는 상기 배터리를 수용하는 금속 물질로 이루어진 케이스에 의해 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치는 입력 전원을 변환하는 전원 변환부 및 상기 전원 변환부로부터 전원을 전달받는 송신 전극부를 포함하는 무선 전력 송신 장치; 상기 송신 전극부와 커패시터를 형성하여 전원을 수신하는 수신 전극부 및 상기 수신 전극부로부터 전달되는 전원에 의해 충전되는 배터리부를 포함하는 무선 전력 수신 장치; 를 포함하고, 상기 수신 전극부는 상기 배터리를 수용하는 금속 물질로 이루어진 케이스에 의해 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 금속 물질로 이루어진 케이스를 구비하는 경우에도 무선으로 전력을 송수신할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 사시도이다.
도 3a 및 3b은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 수신 전극부의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 회로도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 외관을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 사시도이고, 도 3a 및 3b은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템은 무선 전력 송신 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100)에 거치될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 전원단(101), 송신 전극부(130) 및 하우징(102)을 포함할 수 있으며, 도시되어 있지 않으나, 추가적으로 하우징(102)의 내부에 스위칭부 및 변압부를 포함하는 전원 변환부를 더 포함할 수 있다.
전원단(101)은 외부로부터 제공되는 입력 전원을 인가받아 전원 변환부로 제공하고, 전원 변환부는 입력 전원의 전원 변환 동작을 수행하여, 변환된 입력 전원을 송신 전극부(130)로 전달할 수 있다.
송신 전극부(130)는 적어도 2개의 송신 전극(131, 132)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 송신 전극부(130)는 제1 송신 전극(131) 및 제2 송신 전극(132)를 포함할 수 있고, 제1 송신 전극(131) 및 제2 송신 전극(132)은 상호 절연되어, 하우징(102)의 내부에 수용될 수 있다. 제1 송신 전극(131) 및 제2 송신 전극(132)은 하우징(102)의 상면으로부터 일정 두께 떨어져서 하우징(102)의 내부에 수용된다. 도 2에서 제1 송신 전극(131) 및 제2 송신 전극(132)이 사격형 형상으로 도시되어 있으나, 삼각형 및 원형 등 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
하우징(102)은 전원단(101)과 연결되고, 내부에 제1 송신 전극(131) 및 제2 송신 전극(132)를 수용할 수 있다. 하우징(102)은 절연성 물질로 형성될 수 있다.
도 1, 도 3a 및 3b을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는 케이스(201)를 포함할 수 있으며, 도시되어 있지 않으나, 케이스(201)의 내부에 정류부 및 배터리부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 장치(200)의 케이스(201)는 대부분의 면이 금속 물질로 이루어진 금속 케이스일 수 있다.
케이스(201)는 무선 전력 수신 장치(200)의 외관을 구성하는 것으로서, 케이스(201)의 두께가 극히 미세하다고 가정하는 경우, 케이스(201)는 적어도 2개의 면으로 구성될 수 있다. 이 때 케이스(201)의 적어도 2개의 면 중 하나의 면은 금속 물질 및 절연 물질로 영역이 구분되어 구성될 수 있다.
금속 물질은 하나의 면의 대부분을 차지할 수 있고, 절연 물질은 금속 물질을 적어도 두 개의 영역으로 구획하는데, 절연 물질에 의해 구획된 금속 물질의 적어도 두 개의 영역은 서로 절연될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 절연 물질에 의해 절연된 적어도 두 개의 영역은 금속 물질은 수신 전극부(210)를 형성할 수 있는데, 무선 전력 송신 장치(100)로부터 커패시터식 무접점 수신 방식으로 전원을 수신할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 수신 장치(200)는 모바일 전자 기기일 수 있는데, 일반적으로, 모바일 전자 기기의 외관을 구성하는 케이스는 육면체 또는 이를 변형한 형상에 해당할 수 있다.
도 3a 및 도 3b와 같이 케이스(201)가 육면체에 해당하는 경우, 케이스(200)는 제1, 2 주면(201A, 201B) 및 제1 내지 제4 측면(201C, 201D, 201E, 201F)을 포함할 수 있다. 제1, 2 주면(201A, 201B) 중 어느 하나의 면 전체에는 전자 기기의 화면을 출력하는 디스플레이 장치(202)가 장착될 수 있으므로, 디스플레이 장치(202)가 장착되는 케이스의 반대면에 수신 전극부(210)가 형성될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 전극부의 다양한 실시예를 나타낸 도이다.
도 4 및 도 5는 앞서 설명한 케이스(200)의 주면 중 하나의 면을 도시한 것으로서, 케이스(200)의 주면 중 하나의 면은 적어도 2개의 수신 전극(211, 212, 213 및 214) 및 절연체(215)을 포함할 수 있다.
도 4는 수신 전극이 2개로 구성된 예를 설명하기 위한 것으로서, 제1 수신 전극(211) 및 제2 수신전극(212)는 절연체(215)에 구획되어 서로 절연될 수 있다. 이 때, 제1 수신 전극(211) 및 제2 수신 전극(212)은 도 4에 도시된 사각형, "ㅁ"자 형태 외에도, 삼각형 및 원형 등 다양하게 변경될 수 있다.
도 5는 수신 전극이 4개로 구성된 예를 설명하기 위한 것으로서, 제1 수신 전극(211), 제2 수신전극(212), 제3 수신 전극(213) 및 제4 수신 전극(214)은 절연체(215)에 구획되어 서로 절연될 수 있다. 이 때, 제1 수신 전극(211) 및 제2 수신 전극(212)은 도 4에 도시된 사각형, "ㄷ" 자 형태 외에도, 삼각형 및 원형 등 다양하게 변경될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 제1 내지 제4 수신 전극(211, 212, 213, 214)는 도 2에 도시한 제1 및 제2 송신 전극(131, 132)와 커패시터를 형성할 수 있는데, 높은 전원 전달 효율을 위하여, 수신 전극과 송신 전극의 형상 및 개수는 일치할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 블록도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 회로도이다. 이하, 도 6 및 도 7를 참조하여, 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 구성 및 동작에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는 스위칭부(110), 변압부(120), 송신 전극부(130) 및 절연부(140)를 포함할 수 있다.
스위칭부(110)는 전원단(101)을 통해 입력되는 입력 전원(Vin)을 스위칭할 수 있다. 스위칭부(110)는 적어도 두 개의 스위치 소자(M1, M2)를 포함할 수 있고, 적어도 두 개의 스위치 소자(M1, M2)는 서로 직렬로 연결되어, 입력 전원(Vin)을 교번 스위칭할 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시되지 않았으나, 무선 전력 송신 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200) 각각은 통신부를 구비할 수 있는데, 스위칭부(110)는 무선 전력 수신 장치(200)가 수신하는 전원 정보에 따라 적어도 두 개의 스위치 소자(M1, M2)의 스위칭 듀티 및 주파수 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
변압부(120)는 스위칭부(110)로부터 전달되는 스위칭된 전원의 전압 레벨을 변압할 수 있다. 변압부(120)는 제1 권선(L1) 및 제2 권선(L2)를 포함할 수 있고, 제1 권선(L1)은 스위치 소자(M2)와 병렬로 연결될 수 있고, 제2 권선(L2)은 송신 전극부(130)과 연결될 수 있다.
제1 권선(L1) 및 제2 권선(L2)은 사전에 설정된 권선비에 따라 상호 유도 결합하여, 제1 권선(L1) 측으로 인가되는 전원의 전압 레벨을 변경하여 제2 권선(L2) 측으로 출력할 수 있다.
송신 전극부(130)는 변압부(120)로부터 출력되는 변압 전원을 전달받아 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 전극부(210)로 커패시터식 비접촉 전송 방식으로 전송할 수 있다. 송신 전극부(130)는 적어도 두 개의 송신 전극(131, 132)를 포함할 수 있고, 제1 송신 전극(131)은 제2 권선(L2)의 일단과 연결될 수 있고, 제2 송신 전극(132)은 제2 권선(L2)의 타단과 연결될 수 있다.
절연부(140)는 송신 전극부(130)와 수신 전극부(210) 간의 커패시터식 비접촉 전송 방식의 전원 전달에 있어서 유전체층으로 기능할 수 있다. 이 때, 도 1에 도시된 하우징(102)이 절연부(140)의 역할을 수행할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는 수신 전극부(210), 정류부(220) 및 배터리부(230)를 포함할 수 있다.
수신 전극부(210)는 송신 전극부(130)로부터 전원을 전달 받을 수 있다. 수신 전극부(210)는 적어도 두 개의 수신 전극(211, 212)를 포함할 수 있다. 제1 수신 전극(211) 및 제2 수신 전극(212) 각각은 제1 송신 전극(131) 및 제2 송신 전극(132)과 대향되어 배치될 수 있다. 수신 전극부(210)는 수신한 전원을 정류부(220)로 전달할 수 있다.
정류부(220)는 적어도 하나의 다이오드 소자(D1, D2, D3, D4)를 포함하여 수신 전극부(210)로부터 전달받은 전원을 정류할 수 있다. 정류부(220)는 제1 내지 제4 다이오드(D1, D2, D3, D4)를 포함할 수 있는데, 제1 내지 제4 다이오드(D1, D2, D3, D4)는 수신 전극부(210)로부터 전달되는 전원을 전파 정류하여 배터리부(230)에 전달할 수 있다. 배터리부(230)는 정류부(220)로부터 전달되는 전원에 의해 충전될 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 무선 전력 송수신 시스템
100: 무선 전력 송신 장치
101: 전원단
102: 하우징
110: 스위칭부
120: 반압부
130: 송신 전극부
140: 절연부
131: 제1 송신 전극
132: 제2 송신 전극
200: 무선 전력 수신 장치
201: 케이스
201A: 제1 주면
201B: 제2 주면
201C: 제1 측면
201D: 제2 측면
201E: 제3 측면
201F: 제4 측면
202: 디스플레이 장치
210: 수신 전극부
211: 제1 수신 전극
212: 제2 수신 전극
213: 제3 수신 전극
214: 제4 수신 전극
215: 절연체
220: 정류부
230: 배터리부

Claims (13)

  1. 금속 물질로 이루어진 케이스; 및
    상기 케이스의 일 면을 절연하여 적어도 2개의 수신 전극을 형성하는 절연체; 를 포함하고,
    상기 적어도 2개의 수신 전극은 외부의 적어도 2개의 송신 전극과 커패시터를 형성하여, 상기 적어도 2개의 송신 전극으로부터 송신되는 전원을 수신하는 무선 전력 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 수신 전극으로부터 전달되는 전원에 의해 충전되는 배터리부; 를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 수신 전극으로부터 전달되는 전원을 정류하는 정류부; 를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 수신 전극 각각은 상기 적어도 2개의 송신 전극 각각과 별개의 커패시터를 형성하는 무선 전력 수신 장치.
  5. 외부의 송신 전극과 커패시터를 형성하여 전원을 수신하는 수신 전극부; 및
    상기 수신 전극부로부터 전달되는 전원에 의해 충전되는 배터리부; 를 포함하고,
    상기 수신 전극부는 상기 배터리를 수용하는 금속 물질로 이루어진 케이스에 의해 구현되는 무선 전력 수신 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수신 전극부는,
    적어도 2개의 수신 전극을 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 케이스를 절연하여 상기 적어도 2개의 수신 전극을 형성하는 절연체; 를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  8. 입력 전원을 변환하는 전원 변환부 및 상기 전원 변환부로부터 전원을 전달받는 송신 전극부를 포함하는 무선 전력 송신 장치;
    상기 송신 전극부와 커패시터를 형성하여 전원을 수신하는 수신 전극부 및 상기 수신 전극부로부터 전달되는 전원에 의해 충전되는 배터리부를 포함하는 무선 전력 수신 장치; 를 포함하고,
    상기 수신 전극부는 상기 배터리를 수용하는 금속 물질로 이루어진 케이스에 의해 구현되는 무선 전력 송수신 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 송신 전극부는 적어도 2개의 송신 전극을 포함하고,
    상기 수신 전극부는 적어도 2개의 수신 전극을 포함하고,
    상기 적어도 2개의 수신 전극 각각은 상기 적어도 2개의 송신 전극 각각과 별개의 커패시터를 형성하는 무선 전력 송수신 시스템
  10. 제9항에 있어서, 상기 무선 전력 수신 장치는,
    상기 케이스를 절연하여 상기 적어도 2개의 수신 전극을 형성하는 절연체; 를 더 포함하는 무선 전력 송수신 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는,
    상기 송신 전극부를 수용하는 하우징; 을 더 포함하고,
    상기 하우징은 상기 송신 전극부와 상기 수신 전극부에 의해 형성되는 커패시터의 유전체층을 형성하는 무선 전력 송수신 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 상기 전원 변환부는,
    적어도 2개의 스위치 소자를 포함하여, 상기 입력 전원을 스위칭하는 스위칭부; 및
    사전에 설정된 권선비에 따라 유도 결합하는 제1 권선 및 제2 권선을 포함하여, 상기 스위칭부로부터 전달되는 전원의 전압 레벨을 변환하는 변압부; 를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 스위칭부는,
    상기 수신 전극부가 수신하는 전원 정보에 따라 상기 적어도 2개의 스위치 소자의 듀티 및 주파수 중 적어도 하나를 제어하는 무선 전력 송수신 시스템.

KR1020140120117A 2014-09-11 2014-09-11 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 송수신 시스템 KR20160030672A (ko)

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