KR20160038315A - 무선 전력 송신 장치 - Google Patents

무선 전력 송신 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20160038315A
KR20160038315A KR1020140130955A KR20140130955A KR20160038315A KR 20160038315 A KR20160038315 A KR 20160038315A KR 1020140130955 A KR1020140130955 A KR 1020140130955A KR 20140130955 A KR20140130955 A KR 20140130955A KR 20160038315 A KR20160038315 A KR 20160038315A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transmission
coil
transmission coil
power
frequency band
Prior art date
Application number
KR1020140130955A
Other languages
English (en)
Inventor
배수호
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020140130955A priority Critical patent/KR20160038315A/ko
Priority to US15/515,360 priority patent/US20170229912A1/en
Priority to PCT/KR2015/006901 priority patent/WO2016052842A1/ko
Publication of KR20160038315A publication Critical patent/KR20160038315A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/70—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H04B5/26—Inductive coupling using coils
    • H04B5/263—Multiple coils at either side
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 무선 전력 송신 장치에 관한 것으로, 제 1 공진 주파수 대역에서 동작하기 위한 제 1 송신 코일과, 제 1 송신 코일과 동일한 평면에 배치되며, 제 2 공진 주파수 대역에서 동작하기 위한 제 2 송신 코일을 포함한다. 본 발명에 따르면, 무선 전력 송신 장치가 효율적으로 전력을 송신할 수 있다.

Description

무선 전력 송신 장치{WIRELESS APPARATUS FOR TRANSMITTING POWER}
본 발명은 무선 전력 충전 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 전력 충전 시스템의 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.
일반적으로 각종 전자 기기가 배터리를 구비하고, 배터리에 충전된 전력을 이용하여 구동한다. 이 때 전자 기기에서, 배터리는 교체될 수 있으며, 재차 충전될 수도 있다. 이를 위해, 전자 기기는 외부의 충전 장치와 접촉하기 위한 접촉 단자를 구비한다. 즉 전자 기기는 접촉 단자를 통해, 충전 장치와 전기적으로 연결된다. 그런데, 전자 기기에서 접촉 단자가 외부로 노출됨에 따라, 이물질에 의해 오염되거나 습기에 의해 단락(short)될 수 있다. 이러한 경우, 접촉 단자와 충전 장치 사이에 접촉 불량이 발생되어, 전자 기기에서 배터리가 충전되지 않는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전자 기기를 충전하기 위한 무선 전력 충전 시스템이 제안되고 있다. 무선 전력 충전 시스템은 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치를 포함한다. 무선 전력 송신 장치는 무선으로 전력을 송신하며, 무선 전력 수신 장치는 무선으로 전력을 수신한다. 여기서, 전자 기기는 무선 전력 수신 장치를 포함할 수 있으며, 무선 전력 수신 장치와 전기적으로 연결될 수도 있다. 그리고 무선 전력 충전 시스템에, 다양한 충전 방식들이 존재한다. 이 때 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력 수신 장치로 전력이 전달되기 위해서, 무선 전력 송신 장치의 충전 방식과 무선 전력 수신 장치의 충전 방식이 동일해야 한다.
따라서, 본 발명은 효율적으로 전력을 송신하기 위한 무선 전력 송신 장치를 제공한다. 그리고 본 발명은 다수개의 충전 방식들에 따라 전력을 송신하기 위한 무선 전력 송신 장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는, 제 1 공진 주파수 대역에서 동작하기 위한 제 1 송신 코일과, 상기 제 1 송신 코일과 동일한 평면에 배치되며, 제 2 공진 주파수 대역에서 동작하기 위한 제 2 송신 코일을 포함한다.
그리고 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치에 있어서, 상기 제 2 송신 코일은 다수개의 도선들을 포함한다.
이 때 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치에 있어서, 상기 도선들의 간격이 상기 제 1 공진 주파수 대역에 대응하여 결정된다.
또한 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치에 있어서, 상기 도선들의 사이즈가 상기 제 1 공진 주파수 대역에 대응하여 결정된다.
이를 통해, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치에 있어서, 상기 제 2 송신 코일은 상기 제 1 공진 주파수 대역에 대응하여 기생 커패시턴스를 발생시켜, 상기 제 1 송신 코일로부터 송신되는 전력이 상기 제 2 송신 코일로 유입되는 것을 차단한다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는, 다수개의 송신 방식들에 따라 전력을 송신할 수 있다. 이 때 제 1 송신 코일과 제 2 송신 코일 간 간섭이 방지된다. 즉 제 2 송신 코일이 제 1 송신 코일의 전력 유입을 차단시킨다. 이로 인하여, 제 2 송신 코일에 의해, 제 1 송신 코일의 전력 손실이 제거된다. 이에 따라, 무선 전력 송신 장치가 효율적으로 전력을 송신할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선 전력 충전 시스템을 도시하는 블록도,
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e는 도 1에서 무선 송신부와 무선 수신부의 등가 회로를 도시하는 회로도들,
도 3은 본 발명이 적용되는 무선 전력 송신 장치를 도시하는 블록도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무선 송신부를 분해하여 도시하는 사시도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무선 송신부의 등가 회로를 도시하는 회로도,
도 6은 도 4에서 제 2 송신 코일의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프,
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무선 송신부를 분해하여 도시하는 사시도,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무선 송신부의 등가 회로를 도시하는 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이 때 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선 전력 충전 시스템을 도시하는 블록도이다. 그리고 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e는 도 1에서 무선 송신부와 무선 수신부의 등가 회로를 도시하는 회로도들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명이 적용되는 무선 전력 충전 시스템(10)은 무선 전력 송신 장치(20) 및 무선 전력 수신 장치(30)를 포함한다.
무선 전력 송신 장치(20)는 전원(11)에 연결되어, 전원(11)으로부터 전력을 수신한다. 그리고 무선 전력 송신 장치(20)는 무선으로 전력을 송신한다. 여기서, 무선 전력 송신 장치(20)는 교류 전력을 송신할 수 있다. 이 때 무선 전력 송신 장치(20)는 다수개의 송신 방식들에 따라, 전력을 송신한다. 여기서, 송신 방식들은 전자기 유도(electromagnetic induction) 방식, 공진(resonance) 방식 및 전파 방사(RF/Micro Wave Radiation) 방식을 포함한다. 즉 무선 전력 송신 장치(20)에, 송신 방식들 중 적어도 어느 두 개가 미리 설정되어 있다. 또한 무선 전력 송신 장치(20)는 미리 설정된 송신 방식들 중 어느 하나를 선택하여, 전력을 송신할 수 있다. 이러한 무선 전력 송신 장치(20)는 무선 송신부(21)를 포함한다.
무선 전력 수신 장치(30)는 무선으로 전력을 수신한다. 여기서, 무선 전력 수신 장치(30)는 교류 전력을 수신할 수 있다. 그리고 무선 전력 수신 장치(30)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 이 때 무선 전력 수신 장치(30)는 미리 설정된 수신 방식에 따라, 전력을 수신한다. 여기서, 수신 방식은 전자기 유도 방식, 공진 방식 및 전파 방식을 포함한다. 또한 무선 전력 수신 장치(30)는 전력을 이용하여 구동할 수 있다. 이러한 무선 전력 수신 장치(30)는 무선 수신부(31)를 포함한다.
이 때 무선 전력 송신 장치(20)가 무선 전력 수신 장치(30)로 전력을 송신하기 위하여, 무선 전력 수신 장치(30)가 무선 전력 송신 장치(20)의 미리 정해진 영역에 배치되어야 한다. 즉 무선 전력 송신 장치(20)의 중심과 무선 전력 수신 장치(30)의 중심이 상호 대응되어야 한다. 구체적으로, 무선 전력 송신 장치(20)의 중심과 무선 전력 수신 장치(30)의 중심이 동일 선 상에 배치되어야 한다. 그리고 무선 전력 송신 장치(20)가 무선 전력 수신 장치(30)로 전력을 송신하기 위하여, 무선 전력 송신 장치(20)의 송신 방식들 중 어느 하나가 무선 전력 수신 장치(30)의 수신 방식과 일치해야 한다.
예를 들면, 무선 전력 송신 장치(20)의 송신 방식과 무선 전력 수신 장치(30)의 수신 방식이 전자기 유도 방식인 경우, 무선 송신부(21)와 무선 수신부(31)는 도 2a에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 무선 송신부(21)는 송신 유도 코일(23)을 포함할 수 있다. 이 때 송신 유도 코일(23)은 송신 인덕터(L1)로 나타낼 수 있다. 무선 수신부(31)는 수신 유도 코일(33)을 포함할 수 있다. 이 때 수신 유도 코일(33)은 수신 인덕터(L2)로 나타낼 수 있다. 이를 통해, 수신 유도 코일(33)이 송신 유도 코일(23)에 대향하여 배치되면, 송신 유도 코일(23)이 수신 유도 코일(33)에 전자기 유도 방식으로 전력을 송신할 수 있다.
한편, 무선 전력 송신 장치(20)의 송신 방식과 무선 전력 수신 장치(30)의 수신 방식이 공진 방식인 경우, 무선 송신부(21)와 무선 수신부(31)는 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다.
무선 송신부(21)는 도 2b와 도 2d에 도시된 바와 같이 송신 유도 코일(25)과 송신 공진 코일(26)을 포함할 수 있다. 이 때 송신 유도 코일(25)과 송신 공진 코일(26)은 상호에 대향하여 배치될 수 있다. 그리고 송신 유도 코일(25)은 제 1 송신 인덕터(L11)로 나타낼 수 있다. 또한 송신 공진 코일(26)은 제 2 송신 인덕터(L12)와 송신 커패시터(C1)로 나타낼 수 있다. 여기서, 제 2 송신 인덕터(L12)와 송신 커패시터(C1)는 상호 병렬로 연결되어, 폐루프를 형성할 수 있다. 또는 무선 송신부(21)는 도 2c와 도 2e에 도시된 바와 같이 송신 공진 코일(27)을 포함할 수 있다. 이 때 송신 공진 코일(27)은 송신 인덕터(L1)와 송신 커패시터(C1)로 나타낼 수 있다. 여기서, 송신 인덕터(L1)와 송신 커패시터(C1)는 상호 직렬로 연결될 수 있다.
그리고 무선 수신부(31)는 도 2b와 도 2e에 도시된 바와 같이 수신 공진 코일(35)과 수신 유도 코일(36)을 포함할 수 있다. 이 때 수신 공진 코일(35)과 수신 유도 코일(36)은 상호에 대향하여 배치될 수 있다. 또한 수신 공진 코일(35)은 수신 커패시터(C2)와 제 1 수신 인덕터(L21)로 나타낼 수 있다. 여기서, 수신 커패시터(C2)와 제 1 수신 인덕터(L21)는 상호 병렬로 연결되어, 폐루프를 형성할 수 있다. 수신 유도 코일(36)은 제 2 수신 인덕터(L22)로 나타낼 수 있다. 또는 무선 수신부(31)는 도 2c와 도 2d에 도시된 바와 같이 수신 공진 코일(37)을 포함할 수 있다. 이 때 수신 공진 코일(37)은 수신 인덕터(L2)와 수신 커패시터(C2)로 나타낼 수 있다. 여기서, 수신 인덕터(L2)와 수신 커패시터(C2)는 상호 직렬로 연결될 수 있다.
이를 통해, 수신 공진 코일(35)이 송신 공진 코일(26)에 대향하여 배치되면, 송신 공진 코일(26)이 수신 공진 코일(35)에 공진 방식으로 전력을 송신할 수 있다. 이 때 송신 유도 코일(25)이 송신 공진 코일(26)에 전자기 유도 방식으로 전력을 전달하고, 송신 공진 코일(26)이 수신 공진 코일(35)에 공진 방식으로 전력을 송신할 수 있다. 또는 송신 공진 코일(26)이 직접 수신 공진 코일(35)에 공진 방식으로 전력을 송신할 수 있다. 그리고 수신 공진 코일(35)이 송신 공진 코일(26)로부터 공진 방식으로 전력을 수신하고, 수신 유도 코일(36)이 수신 공진 코일(35)로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 수신할 수 있다. 또는 수신 공진 코일(35)이 송신 공진 코일(26)로부터 공진 방식으로 전력을 수신할 수 있다.
도 3은 본 발명이 적용되는 무선 전력 송신 장치를 도시하는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명이 적용되는 무선 전력 송신 장치(40)는 무선 송신부(41), 인터페이스부(43), 발진기(45), 전력 변환부(47), 검출부(49) 및 제어부(51)를 포함한다.
무선 송신부(41)는 무선 전력 송신 장치(40)에서 무선으로 전력을 송신한다. 이 때 무선 송신부(41)는 다수개의 송신 방식들에 따라, 전력을 송신한다. 여기서, 송신 방식은 전자기 유도 방식, 공진 방식 및 전파 방사 방식을 포함한다. 이 때 무선 송신부(41)는 다수개의 송신 코일들을 포함할 수 있다. 여기서, 송신 코일은 송신 방식에 따라, 송신 유도 코일 또는 송신 공진 코일 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
인터페이스부(43)는 무선 전력 송신 장치(40)에서 전원(도 1의 11)과 인터페이스를 제공한다. 즉 인터페이스부(43)가 전원(11)과 접속한다. 여기서, 인터페이스부(43)는 전원(11)과 유선으로 연결될 수 있다. 그리고 인터페이스부(43)가 전원(11)으로부터 전력을 수신한다. 여기서, 인터페이스부(43)는 전원(11)으로부터 직류 전력을 수신한다.
발진기(45)는 교류 신호를 생성한다. 이 때 발진기(45)는 무선 송신부(41)의 송신 방식에 대응하여, 교류 신호를 생성한다. 여기서, 발진기(45)는 미리 정해진 주파수를 갖도록, 교류 신호를 생성한다.
전력 변환부(47)는 전력을 변환하여, 무선 송신부(41)에 제공한다. 이 때 전력 변환부(47)는 인터페이스부(43)로부터 직류 전력을 수신하고, 발진기(45)로부터 교류 신호를 수신한다. 그리고 전력 변환부(47)는 직류 전력과 교류 신호를 이용하여 교류 전력을 생성한다. 여기서, 전력 변환부(47)는 교류 신호를 증폭하여 이용할 수 있다. 또한 전력 변환부(47)는 교류 전력을 무선 송신부(41)로 출력한다. 이러한 전력 변환부(47)는 푸쉬 풀 타입(push-pull type)의 구조를 가질 수 있다. 푸쉬 풀 타입의 구조는 쌍으로 존재하는 스위치, 트랜지스터 또는 임의의 회로 블록이 교대로 동작하여 교대로 응답을 출력하는 구조를 나타낸다.
검출부(49)는 무선 전력 송신 장치(40)의 전력 전송 상태를 검출한다. 이 때 검출부(49)는 전력 변환부(47)와 무선 송신부(41)의 사이에서, 전류의 세기를 검출할 수 있다. 여기서, 검출부(49)는 전력 변환부(47)의 출력단 또는 무선 송신부(41)의 입력단에서, 전류의 세기를 검출할 수 있다. 이러한 검출부(49)는 전류 센서(current sensor)를 포함할 수 있다. 여기서, 전류 센서로, 변류기(CT; Current Transformer)가 사용될 수 있다.
제어부(51)는 무선 전력 송신 장치(40)의 전반적인 동작을 제어한다. 이 때 제어부(51)는 무선 송신부(41)를 동작시켜, 무선으로 전력을 송신한다. 여기서, 제어부(51)는 전력 변환부(47)를 제어하여, 무선 송신부(41)로 전력을 제공한다. 이를 위해, 제어부(51)는 무선 송신부(41)를 동작시켜, 무선 전력 수신 장치(도 1의 30)의 존재 여부를 판단한다. 여기서, 제어부(51)는 검출부(49)를 제어하여, 무선 전력 수신 장치(30)의 존재 여부를 판단한다. 즉 제어부(51)는 무선 전력 송신 장치(40)의 전력 전송 상태에 따라, 무선 전력 수신 장치(30)의 존재 여부를 판단한다. 그리고 무선 전력 수신 장치(30)가 존재하면, 제어부(51)가 무선 송신부(41)를 동작시켜, 무선으로 전력을 송신한다. 여기서, 제어부(51)는 송신 방식들 중 어느 하나로 전력을 송신한다. 구체적으로, 제어부(51)는 송신 방식들 중 어느 하나를 선택하여, 전력을 송신한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무선 송신부를 분해하여 도시하는 사시도이다. 그리고 도 5는 도 4에서 제 2 송신 코일의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 또한 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무선 송신부의 등가 회로를 도시하는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 무선 송신부(100)는 제 1 송신 코일(110), 제 2 송신 코일(120) 및 차폐 부재(130)를 포함한다.
제 1 송신 코일(110)은 제 1 송신 방식에 따라, 동작한다. 이 때 제 1 송신 코일(110)은 제 1 송신 방식에 따라, 무선으로 전력을 송신한다. 여기서, 제 1 송신 방식은 전자기 유도 방식, 공진 방식 및 전파 방사 방식을 포함한다. 구체적으로, 제 1 송신 방식은 공진 방식일 수 있다. 그리고 제 1 송신 코일(110)은 제 1 공진 주파수 대역에서 동작한다. 이 때 제 1 송신 코일(110)은 제 1 공진 주파수 대역으로, 전력을 송신한다. 예를 들면, 제 1 공진 주파수 대역은 대략 6.78 MHz일 수 있다.
이러한 제 1 송신 코일(110)은 다수개의 도선(111)들을 포함한다. 이 때 도선(111)들은 외측에서 내측으로 순차적으로 배열될 수 있다. 여기서, 각각의 도선(111)은 원-턴(one-turn)으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 각각의 도선(111)은 원형 또는 사각형의 형태로 연장될 수 있다. 그리고 내측에 배치될수록, 각각의 도선(111)의 반경이 짧을 수 있다. 또한 도선(111)들의 간격은 일정하게 유지될 수 있다. 또는 내측으로 갈수록, 도선(111)들에서 이웃하는 두 개의 간격이 점차로 넓어지거나 좁아질 수 있다.
예를 들면, 제 1 송신 코일(110)의 제 1 송신 방식이 공진 방식인 경우, 제 1 송신 코일(110)은 도 6에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 제 1 송신 코일(110)은 도 2c와 도 2e에 도시된 바와 같이 송신 공진 코일(27)을 포함할 수 있다. 한편, 제 1 송신 코일(110)은 도 2b와 도 2d에 도시된 바와 같이 송신 공진 코일(26)과 함께, 송신 유도 코일(25)을 포함할 수 있다. 이 때 제 1 송신 코일(110)은 공진 인덕터(LR)와 공진 커패시터(CR)로 나타낼 수 있다. 여기서, 공진 인덕터(LR)와 공진 커패시터(CR)는 상호 병렬로 연결되어, 폐루프를 형성할 수 있다.
제 2 송신 코일(120)은 제 2 송신 방식에 따라, 동작한다. 이 때 제 2 송신 코일(120)은 제 2 송신 방식에 따라, 무선으로 전력을 송신한다. 여기서, 제 2 송신 방식은 제 1 송신 방식과 상이하며, 전자기 유도 방식, 공진 방식 및 전파 방사 방식을 포함한다. 구체적으로, 제 2 송신 방식은 전자기 유도 방식일 수 있다. 그리고 제 2 송신 코일(120)은 제 2 공진 주파수 대역에서 동작한다. 이 때 제 2 송신 코일(120)은 제 2 공진 주파수 대역으로, 전력을 송신한다. 여기서, 제 2 송신 코일(120)은 도 5에 도시된 바와 같이 제 2 공진 주파수 대역에서 직렬 공진한다. 예를 들면, 제 2 공진 주파수 대역은 대략 100 kHz일 수 있다.
이러한 제 2 송신 코일(120)은 다수개의 도선(121)들을 포함한다. 이 때 도선(121)들은 외측에서 내측으로 순차적으로 배열될 수 있다. 여기서, 각각의 도선(121)은 원-턴으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 각각의 도선(121)은 원형 또는 사각형의 형태로 연장될 수 있다. 그리고 내측에 배치될수록, 각각의 도선(121)의 반경이 짧을 수 있다. 또한 도선(121)들의 간격은 일정하게 유지될 수 있다. 또한 내측으로 갈수록, 도선(121)들에서 이웃하는 두 개의 간격이 점차로 넓어지거나 좁아질 수 있다.
그리고 제 2 송신 코일(120)은 제 1 공진 주파수 대역에서 동작한다. 이 때 제 2 송신 코일(120)은 제 1 공진 주파수 대역에서 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)를 발생시킨다. 즉 제 1 송신 코일(110)이 제 1 공진 주파수 대역에서 동작 시, 제 2 송신 코일(120)이 제 1 공진 주파수 대역에서 기생 커패시턴스를 발생시킨다. 이를 통해, 제 2 송신 코일(120)은 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 공진 주파수 대역에서 병렬 공진한다.
이를 위해, 제 2 송신 코일(120)에서, 도선(121)들이 제 1 공진 주파수 대역에 대응하여, 형성된다. 즉 도선(121)들의 간격 및 사이즈가 제 1 공진 주파수 대역에 대응하여, 결정된다. 이 때 사이즈는 길이와 두께를 포함한다. 그리고 기생 커패시턴스와 도선(121)들의 간격 및 사이즈의 관계가 하기 <수학식 1>과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, D는 도선(121)들의 간격을 나타내고, L은 도선(121)들의 길이를 나타내며, T는 도선(121)들의 두께를 나타낸다.
예를 들면, 제 2 송신 코일(120)의 제 2 송신 방식이 전자기 유도 방식인 경우, 제 2 송신 코일(120)은 도 6에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 제 2 송신 코일(120)은 도 2a에 도시된 바와 같이 송신 유도 코일(23)을 포함할 수 있다. 이 때 제 2 송신 코일(120)은 유도 인덕터(LI)와 기생 커패시터(parasitic capacitor; CP)로 나타낼 수 있다. 여기서, 제 2 송신 코일(120)의 기생 커패시턴스가 기생 커패시터(CP)로 표현될 수 있다. 그리고 유도 인덕터(LI)와 기생 커패시터(CP)는 상호 병렬로 연결되어, 폐루프를 형성할 수 있다.
이 때 제 1 송신 코일(110)과 제 2 송신 코일(120)은 동일한 평면에 배치된다. 여기서, 제 1 송신 코일(110)과 제 2 송신 코일(120)은 상호에 인접하여 배치될 수 있다. 그리고 제 1 송신 코일(110)이 제 2 송신 코일(120)의 외측에 배치되고, 제 2 송신 코일(120)이 제 1 송신 코일(110)의 내측에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제 1 송신 코일(110)이 제 2 송신 코일(120)을 둘러쌀 수 있다.
그리고 제 1 송신 코일(110)의 동작에 대응하여, 제 1 송신 코일(110)로부터 제 2 송신 코일(120)로 간섭(interference)이 발생될 수 있다. 즉 제 1 송신 코일(110)가 제 1 공진 주파수 대역으로 전력 송신 시, 제 1 송신 코일(110)의 전력 일부가 제 2 송신 코일(120)로 유입될 수 있다. 바꿔 말하면, 제 1 송신 코일(110)과 제 2 송신 코일(120) 간 자속(magnetic flux) 결합이 발생하여, 제 1 송신 코일(110)의 전력 일부가 제 2 송신 코일(120)로 손실될 수 있다.
그러나, 제 2 송신 코일(120)이 본 발명의 실시예에 따라 제 1 송신 코일(110)의 전력 일부의 유입을 차단시킨다. 즉 제 1 송신 코일(110)이 제 1 공진 주파수 대역으로 전력 송신 시, 제 2 송신 코일(120)이 기생 커패시턴스를 발생시킨다. 바꿔 말하면, 제 2 송신 코일(120)이 제 1 공진 주파수 대역에서 기생 커패시턴스를 발생시킨다. 이 때 제 1 송신 코일(110) 동작 시, 제 1 송신 코일(110)의 임피던스가 하기 <수학식 2>와 같이 정의될 수 있다. 이를 통해, 제 1 송신 코일(110)과 제 2 송신 코일(120) 간 자속 결합이 발생되지 않는다. 이로 인하여, 제 2 송신 코일(120)에 의해, 제 1 송신 코일(110)의 전력 일부의 손실이 제거된다.
Figure pat00002
여기서, ZIN은 제 1 송신 코일(110)의 입력 임피던스를 나타내고, Zout은 제 2 송신 코일(120)의 출력 임피던스를 나타내며, k는 제 1 송신 코일(110)과 제 2 송신 코일(120)의 결합 계수를 나타낸다.
차폐 부재(130)는 제 1 송신 코일(110)과 제 2 송신 코일(120)을 격리시킨다. 즉 차폐 부재(130)는 제 1 송신 코일(110)과 제 2 송신 코일(120)을 무선 전력 송신 장치(도 3의 40)의 다른 구성들로부터 격리시킨다. 이 때 차폐 부재(130)는 미리 결정된 물질적 특성을 갖는다. 여기서, 물질적 특성은 투자율(permeability; μ)을 포함한다. 그리고 차폐 부재(130)의 투자율이 제 1 송신 코일(110)의 제 1 공진 주파수 대역과 제 2 송신 코일(120)의 제 2 공진 주파수 대역에서, 유지될 수 있다. 예를 들면, 차폐 부재(130)의 투자율은 대략 100일 수 있다. 이를 통해, 제 1 송신 코일(110)의 제 1 공진 주파수 대역과 제 2 송신 코일(120)의 제 2 공진 주파수 대역에서, 차폐 부재(130)의 손실율이 억제될 수 있다.
이러한 차폐 부재(130)는 제 1 송신 코일(110)과 제 2 송신 코일(120)을 지지한다. 이 때 차폐 부재(130)는 페라이트(ferrite)로 형성된다. 즉 차폐 부재(130)는 금속 분말들과 수지 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속 분말들은 연자성계 금속 분말들, 알루미늄(Al), 메탈 실리콘(metal silicon) 및 산화철(FeO; Fe3O4; Fe2O3) 등을 포함할 수 있다. 또한 수지 물질은 열가소성 수지, 예컨대 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer)를 포함할 수 있다. 여기서, 차폐 부재(130)의 높이는 대략 0.8 mm일 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무선 송신부를 분해하여 도시하는 사시도이다. 그리고 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무선 송신부의 등가 회로를 도시하는 회로도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 무선 송신부(200)는 제 1 송신 코일(210), 제 2 송신 코일(220) 및 차폐 부재(230)를 포함한다. 이 때 본 실시예의 기본적인 구성은 전술된 실시예의 대응하는 구성과 유사하므로, 상세한 설명을 생략한다.
다만, 본 실시예의 제 2 송신 코일(220)은 다수개의 단위 코일(223, 225 및 227)들을 포함한다. 이 때 단위 코일(223, 225 및 227)들 중 어느 하나가 단위 코일(223, 225 및 227)들 중 어느 두 개의 사이에서 적층될 수 있다. 그리고 단위 코일(223, 225 및 227)들은 제 1 공진 주파수 대역에서 기생 커패시턴스를 발생시킨다. 이를 위해, 단위 코일(223, 225 및 227)들은 제 1 공진 주파수 대역에 대응하여, 형성될 수 있다. 즉 단위 코일(223, 225 및 227)들의 간격 및 사이즈가 제 1 공진 주파수 대역에 대응하여, 결정될 수 있다. 이 때 사이즈는 반경을 포함한다. 다시 말해, 도선(221)들의 간격과 사이즈 및 단위 코일(223, 225 및 227)들의 간격 및 사이즈가 제 1 공진 주파수에 대응하여, 결정될 수 있다. 이를 통해, 제 2 송신 코일(220)은 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 공진 주파수 대역에서 병렬 공진하고, 제 2 공진 주파수 대역에서 직렬 공진할 수 있다.
예를 들면, 제 2 송신 코일(220)에서, 각각의 단위 코일(223, 225 및 227)은 도 8에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 각각의 단위 코일(223, 225 및 227)은 도 2a에 도시된 바와 같이 송신 유도 코일(23)을 포함할 수 있다. 이 때 각각의 단위 코일(223, 225 및 227)은 유도 인덕터(LI1, LI2 및 LI3)와 기생 커패시터(CP1, CP2 및 CP3)로 나타낼 수 있다. 여기서, 각각의 단위 코일(223, 225 및 227)의 기생 커패시턴스가 기생 커패시터(CP1, CP2 및 CP3)로 표현될 수 있다. 그리고 각각의 단위 코일(223, 225 및 227)에서, 유도 인덕터(LI1, LI2 및 LI3)와 기생 커패시터(CP1, CP2 및 CP3)는 상호 병렬로 연결되어, 폐루프를 형성할 수 있다.
이 때 제 2 송신 코일(220)이 본 발명의 실시예에 따라 제 1 송신 코일(210)의 전력 일부의 유입을 차단시킨다. 즉 제 1 송신 코일(110)이 제 1 공진 주파수 대역으로 전력 송신 시, 제 2 송신 코일(220)이 기생 커패시턴스를 발생시킨다. 바꿔 말하면, 제 2 송신 코일(220)이 제 1 공진 주파수 대역에서 기생 커패시턴스를 발생시킨다. 이 때 제 1 송신 코일(210) 동작 시, 제 1 송신 코일(210)의 임피던스가 상기 <수학식 2>와 같이 정의될 수 있다. 이를 통해, 제 1 송신 코일(210)과 제 2 송신 코일(220) 간 자속 결합이 발생되지 않는다. 이로 인하여, 제 2 송신 코일(220)에 의해, 제 1 송신 코일(210)의 전력 일부의 손실이 제거된다.
본 발명에 따르면, 무선 전력 송신 장치(40)가 다수개의 송신 방식들에 따라 전력을 송신할 수 있다. 이 때 제 1 송신 코일(110, 210)과 제 2 송신 코일(120, 220) 간 간섭이 방지된다. 즉 제 2 송신 코일(120, 220)이 제 1 송신 코일(110, 210)의 전력 유입을 차단시킨다. 이로 인하여, 제 2 송신 코일(120, 220)에 의해, 제 1 송신 코일(110, 210)의 전력 손실이 제거된다. 이에 따라, 무선 전력 송신 장치(40)가 효율적으로 전력을 송신할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 무선 전력 충전 시스템
20, 40: 무선 전력 송신 장치 30: 무선 전력 수신 장치
21, 100, 200: 무선 송신부 31: 무선 수신부
110, 210: 제 1 송신 코일
120, 220: 제 2 송신 코일
130, 230: 차폐 부재

Claims (11)

  1. 제 1 공진 주파수 대역에서 동작하기 위한 제 1 송신 코일과,
    상기 제 1 송신 코일과 동일한 평면에 배치되며, 제 2 공진 주파수 대역에서 동작하기 위한 제 2 송신 코일을 포함하고,
    상기 제 2 송신 코일은 다수개의 도선들을 포함하며,
    상기 도선들의 간격이 상기 제 1 공진 주파수 대역에 대응하여 결정되는 무선 전력 송신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 송신 코일은,
    상기 제 1 공진 주파수 대역에 대응하여 기생 커패시턴스를 발생시켜, 상기 제 1 송신 코일로부터 송신되는 전력이 상기 제 2 송신 코일로 유입되는 것을 차단하는 무선 전력 송신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도선들의 사이즈가 상기 제 1 공진 주파수 대역에 대응하여 결정되는 무선 전력 송신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 송신 코일은 다수개의 단위 코일들을 포함하고,
    상기 단위 코일들의 간격이 상기 제 1 공진 주파수 대역에 대응하여 결정되는 무선 전력 송신 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단위 코일들의 사이즈가 상기 제 1 공진 주파수 대역에 대응하여 결정되는 무선 전력 송신 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 송신 코일은,
    상기 제 1 공진 주파수 대역에서, 병렬 공진하고,
    상기 제 2 공진 주파수 대역에서, 직렬 공진하는 무선 전력 송신 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도선들은 외측에서 내측으로 순차적으로 배열되는 무선 전력 송신 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 단위 코일들 중 어느 하나가 상기 단위 코일들 중 다른 두 개 사이에서 적층되는 무선 전력 송신 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 송신 코일이 상기 제 2 송신 코일을 둘러싸는 무선 전력 송신 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 송신 코일은 공진 방식을 갖는 무선 전력 송신 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 송신 코일은 전자기 유도 방식을 갖는 무선 전력 송신 장치.
KR1020140130955A 2014-09-30 2014-09-30 무선 전력 송신 장치 KR20160038315A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140130955A KR20160038315A (ko) 2014-09-30 2014-09-30 무선 전력 송신 장치
US15/515,360 US20170229912A1 (en) 2014-09-30 2015-07-03 Wireless power transfer device
PCT/KR2015/006901 WO2016052842A1 (ko) 2014-09-30 2015-07-03 무선 전력 송신 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140130955A KR20160038315A (ko) 2014-09-30 2014-09-30 무선 전력 송신 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160038315A true KR20160038315A (ko) 2016-04-07

Family

ID=55630841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140130955A KR20160038315A (ko) 2014-09-30 2014-09-30 무선 전력 송신 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20170229912A1 (ko)
KR (1) KR20160038315A (ko)
WO (1) WO2016052842A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114175452A (zh) * 2019-07-25 2022-03-11 株式会社电装 非接触供电系统

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7952322B2 (en) * 2006-01-31 2011-05-31 Mojo Mobility, Inc. Inductive power source and charging system
AU2009223084A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 Access Business Group International Llc Inductive power supply system with multiple coil primary
JP4911148B2 (ja) * 2008-09-02 2012-04-04 ソニー株式会社 非接触給電装置
KR101373208B1 (ko) * 2009-05-28 2014-03-14 한국전자통신연구원 전자 장치, 무선 전력 전송장치 및 그것의 전력 전송 방법
JP2012244763A (ja) * 2011-05-19 2012-12-10 Sony Corp 給電装置、給電システムおよび電子機器
CN103636098A (zh) * 2011-06-10 2014-03-12 捷通国际有限公司 用于检测、表征以及跟踪感应电力接收器的系统和方法
JP2013013204A (ja) * 2011-06-28 2013-01-17 Toshiba Corp 無線電力伝送システム、送電装置及び受電装置
KR101213090B1 (ko) * 2011-07-14 2012-12-18 유한회사 한림포스텍 무선전력 전송장치용 코어 어셈블리 및 그를 구비하는 무선전력 전송장치
KR101189298B1 (ko) * 2011-07-27 2012-10-09 엘지이노텍 주식회사 공진 코일 및 이를 포함하는 무선 전력 전송장치
JP2013046561A (ja) * 2011-08-26 2013-03-04 Toshiba Corp 送電装置
WO2013111344A1 (ja) * 2012-01-27 2013-08-01 富士通株式会社 受電装置、電力伝送システム、及び電力伝送方法
JP2013169122A (ja) * 2012-02-17 2013-08-29 Panasonic Corp 非接触充電モジュール及びそれを備えた携帯端末
JP6178107B2 (ja) * 2013-04-30 2017-08-09 矢崎総業株式会社 給電システム及び共振回路

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016052842A1 (ko) 2016-04-07
US20170229912A1 (en) 2017-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10651676B2 (en) Wireless power reception device
KR101159565B1 (ko) 장거리 저주파 공진기 및 재료
JP6680839B2 (ja) 無線電力送信装置｛ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｐｐａｒａｔｕｓ｝
JP5689587B2 (ja) 電力伝送装置
CN110114957B (zh) 无线供电装置、无线受电装置、及无线电力传输系统
KR20110062841A (ko) 무선 전력 전송 장치
CN110679060A (zh) 用于通用无线充电装置的传输组件及其方法
JP2015032927A (ja) 生体検出センサ、生体検出センサを備えた装置、金属検出センサ
US20180233273A1 (en) Wireless power transmitting device
JP2018531569A (ja) ワイヤレス電力伝送用途におけるマルチファイラの位置合わせ支援を利用する方法および装置
KR20160054410A (ko) 무선 전력 송신 장치 및 방법
KR20140013015A (ko) 무선 전력 전송용의 송신 코일
KR20160038315A (ko) 무선 전력 송신 장치
KR102183127B1 (ko) 무선 전력 송신 장치
KR20150089239A (ko) 무선 전력 수신 장치
US10930430B2 (en) Coil assembly
KR20150117082A (ko) 무선 전력 송신 장치
CN108599394B (zh) 可实现能量漏斗效应的无线充电系统及其无线充电方法
KR20140105333A (ko) 무선 전력 전송 장치
KR101360024B1 (ko) 커패시터를 이용한 무선 전력 전송 장치 및 방법
Sahany et al. Optimal air-gap of a magnetic resonant inductive link for maximum wireless power transfer
EP4358304A1 (en) Wireless power transmission device, and near object detection method of wireless power transmission device
KR20180077599A (ko) 무선 전력 송신 장치
KR20230036027A (ko) 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법
KR101714147B1 (ko) 무선 전력 송신 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right