KR20160039782A - 윙 구조를 갖는 무지향성 무선전력 전송 장치 - Google Patents

윙 구조를 갖는 무지향성 무선전력 전송 장치 Download PDF

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KR20160039782A
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이은수
최보환
원유진
김지훈
손영훈
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한국과학기술원
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Abstract

윙 구조를 갖는 무지향성 무선전력 전송 장치를 개시한다.
지면을 기준으로 상기 지면과 수직방향으로 설치되는 통형 코어; 상기 통형 코어에 권취되는 급전케이블; 및 상기 통형 코어의 일단에 연결되어 상기 통형 코어의 길이 방향에 나란하지 않은 방향으로 돌출되는 복수 개의 윙을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.

Description

윙 구조를 갖는 무지향성 무선전력 전송 장치{Apparatus for Including Wing Structure Omnidirectional Wireless Power Transmission}
본 실시예는 윙 구조를 갖는 무지향성 무선전력 전송 장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
휴대기기 사용자들은 광장, 거리 또는 건물 내부에서 활동하는 동안 휴대 기기의 충전이 필요한 경우가 발생한다. 이에 따라, 사용자들은 여분의 배터리를 구비하거나 별도의 충전기를 가지고 다니면서 전원을 공급받을 수 있는 플러그 단자가 있는 곳에서 모바일 기기를 충전하여야 하는 불편함이 있다.
이를 해결하기 위한 한가지 방법으로 무선충전이 제시되었으나, 종래의 무선충전 방식은 단방향 무선충전만을 제공하기에 임의의 위치에 존재하는 다수의 휴대기기를 동시에 충전하는데 한계가 있다.
따라서, 사람들이 많이 지나다니는 광장, 거리 또는 건물 내부에서 휴대용 전자기기에 대한 종래의 단방향성 무선충전이 아닌 무지향성 무선충전이 이루어질 수 있도록 하는 방안이 필요하다. 즉, 사람들이 예컨대, 광장 또는 거리에서 활동하는 동안 어느 방향에서든 모바일 기기로 전력을 제공해주는 무선전력 전송장치가 필요하다.
본 실시예는 광장, 거리 또는 건물 내외부에 임의로 존재하는 다수의 휴대기기를 충전하는데 적합한 무지향성 무선충전 장치 및 충전 범위를 확대할 수 있는 윙구조를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 지면을 기준으로 상기 지면과 수직방향으로 설치되는 통형 코어; 상기 통형 코어에 권취되는 급전케이블; 및 상기 통형 코어의 일단에 연결되어 상기 통형 코어의 길이 방향에 나란하지 않은 방향으로 돌출되는 복수 개의 윙을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 막대형 코어; 상기 막대형 코어 일단에 위치하는 제1 윙; 상기 막대형 코어 타단에 위치하는 제2 윙; 및 상기 막대형 코어에 권취되는 급전케이블을 포함하고, 상기 제1 윙, 상기 제2 윙은 상기 막대형 코어의 양단에 각각 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 코어의 중심부, 상기 코어의 중심부로부터 뻗어 나온 코어의 복수의 브랜치(Branch) 및 상기 복수의 브랜치에 각각 연결되어 상기 복수의 브랜치가 각각 상기 중심부로부터 뻗어나온 방향과 다른 방향으로 상기 코어가 확장되는 코어의 복수의 확장부와 상기 코어의 복수의 브랜치에 각각 권취되고 교류 전원을 인가 받아 자기장을 발생시키는 복수의 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 실외에 무선전력 전송장치가 설치되는 경우, 광장 또는 거리에서 활동하는 시간 동안 휴대용 전자기기가 충전 가능하게 되므로 광장 또는 거리에서 활동하면서 배터리를 충전하거나 휴대할 필요 없이 무선전력 전송장치로부터 직접 전력을 제공받을 수 있는 효과가 있다.
본 실시예에 의하면, 무선전력 전송장치가 실내에 설치되는 경우 별도의 충전기가 없어도 건물 내부의 천장, 벽면 또는 바닥에 설치되는 무선전력 전송장치로부터 휴대용 전자기기의 배터리를 충전하기 위한 전력을 실시간으로 제공받을 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본 실시예에 따른 실외에 설치되는 무선전력 전송장치를 나타낸 사시도이다.
도 1b는 본 실시예에 따른 실외에 설치되는 무선전력 전송장치의 통형 코어 일단에 상부 송신 코일모듈이 구비되고, 타단에 하부 송신 코일모듈이 구비된 형상을 나타낸 사시도이다.
도 2a는 본 실시예에 따른 통형 코어의 일단에 연결되는 제1 상부 송신 코일모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2b는 본 실시예에 따른 통형 코어의 일단에 연결되는 제2 상부 송신 코일모듈을 나타낸 사시도이다.
도 3a는 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 무선전력 전송장치를 나타낸 도면이다.
도 3b는 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 무선전력 전송장치에 보조윙이 추가로 포함된 형상을 나타낸 도면이다.
도 4a는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 무선전력 전송장치를 나타낸 도면이다.
도 4b는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 무선전력 전송장치로부터 발생하는 자기장의 형태를 나타낸 도면이다.
도 5a는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 제1 무선전력 전송장치를 도시한 도면이다.
도 5b는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 제1 무선전력 전송장치로부터 발생하는 자기장의 형태를 나타낸 도면이다.
도 6a는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 제2 무선전력 전송장치의 형태를 도시한 도면이다.
도 6b는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 제2 무선전력 전송장치의 날개의 구조를 나타낸 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 무선전력 전송장치는 실외에 설치되는 무선전력 전송장치(100)와 실내에 설치되는 무선전력 전송장치(300)를 포함한다.
도 1a 내지 도 2b는 본 실시예에 따른 실외에 설치되는 무선전력 전송장치(100)를 나타낸 도면이고, 도 3a 및 도 3b는 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 무선전력 전송장치(300)를 나타낸 도면이다.
도 1a는 본 실시예에 따른 실외에 설치되는 무선전력 전송장치를 나타낸 사시도이다.
본 실시예에 따른 실외에 설치되는 무선전력 전송장치(100)는 통형 코어(110), 급전 케이블(120) 및 송신 코일모듈(130)을 포함한다.
통형 코어(110)는 지면을 기준으로 지면과 수직방향으로 설치된다. 통형 코어(110)는 관 형상의 부재이며, 본 실시예에서는 원형의 통 형상으로 길게 형성된 것으로 설명하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 사각기둥, 반원기둥, 삼각기둥 등 다양한 형상일 수 있다. 도 1a에서 통형 코어(110)는 동일한 굵기의 타워형으로 도시되고 있으나, 통형 코어(110)는 예컨대, 길이 방향으로 중앙부분이 굵은 형상을 가지고, 양 끝단으로 갈수록 가는 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 통형 코어(110)는 판형의 직사각 코어부재를 복수 개 겹쳐서 만들되, 통형 코어(110)의 형상은 계단 형태로 중앙 부분에서 양 끝단으로 갈수록 가늘어지는 형상을 가질 수 있다. 또한, 통형 코어(110)는 예컨대, 판형의 직사각 코어부재를 복수 개 겹쳐서 길쭉하고 균일한 굵기의 코어 형상을 가질 수 있다. 여기서, 통형 코어(110)는 자속 전달을 증가시키기 위해 사용되는 자기 물질로 구성된다.
급전 케이블(120)은 통형 코어(110)에 권취된다. 여기서, 급전 케이블(120)은 통형 코어(110)를 나선형으로 감는다. 급전 케이블(120)이 통형 코어(110)의 일단에 권취되므로 z축 방향으로 무선충전이 가능하다. 급전 케이블(120)은 예컨대, 리츠와이어(Litz Wire)일 수 있다. 통형 코어(110)를 감고 있는 급전 케이블은 그렇지 않는 급전 케이블에 비해 자기저항의 감소로 대략 수십 배 정도 자속 밀도가 증가한다. 급전 케이블(120)은 일정 높이에서 통형 코어(110)에 권취된다. 예컨대, 급전 케이블(120)이 통형 코어(110)에 권취되는 지점은 지면을 기준으로 통형 코어(110)의 길이 방향으로 절반 이상인 지점, 즉, 높이를 기준으로 절반 높이인 지점보다 높은 위치에 권취된다. 여기서, 급전 케이블(120)이 통형 코어(110)에 권취되는 지점은 실외에 설치되는 무선전력 전송장치(100)에 인접해 있는 사람의 안전을 위한 전자파 세기에 따라 일정 높이 예컨대, 3 m 높이에 권취될 수 있으며, 이 경우, 실질적으로, 통형 본체(110) 길이의 절반 이상의 높이에 권취되어 구현될 수 있다. 도 1a에는 도시하지 않았으나 통형 코어(110) 및 급전 케이블(120)을 감싸는 커버를 포함할 수 있다.
도 1a에서 급전 케이블(120)은 송신 코일모듈(130)에 포함되는 윙의 일단에 권취되지 않는 것으로 도시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 급전 케이블(120)은 윙(130)의 일단을 나선형으로 감을 수 있다. 급전 케이블(120)이 송신 코일모듈(130)에 포함되는 윙의 일단에 각각 권취되는 경우 x축, y축 방향으로 무선충전이 가능하다.
송신 코일모듈(130)은 복수 개의 윙을 구비할 수 있으며 복수 개의 윙 각각은 통형 코어(110) 일단에 연결되어 통형 코어(110)의 길이 방향에 나란하지 않은 방향으로 돌출된다. 도 1a에서는 통형 코어(110)의 일단은 통형 코어(110)의 상단을 의미한다. 또한, 통형 코어(110)의 타단은 통형 코어(110)의 하단을 의미한다. 송신 코일모듈(130)은 통형 코어(110)와 연결된 일단에 피뢰침을 추가로 설치한다. 도 1a에서는 송신 코일모듈(130)에 포함되는 윙은 상면에서 바라본 형상이 삼각형 형상을 가지는 것으로 도시하고 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다. 송신 코일모듈(130)은 통형 코어(110)에 수직하게 돌출된다. 도 1a를 보면, 송신 코일모듈(130)은 "X"자형으로 4개의 윙이 결합되는 형상을 가진다. 이에 따라, "X"자형으로 형성되는 복수 개의 윙을 구비하는 송신 코일모듈(130)은 통형 코어(110)및 급전 케이블(120)로부터 발생되는 자기장이 넓고 균일한 분포로 형성되도록 한다. 여기서, 송신 코일모듈(130)에 포함된 윙의 개수가 많을수록 더욱 넓고 균일한 자기장 분포가 형성되며, 무지향성 무선전력 전송장치의 구현이 가능하게 된다.
도 1a는 도시하지 않았으나, 실외에 설치되는 무선전력 전송장치(100)는 통형 코어(110) 및 급전 케이블(120)만을 포함할 수 있다. 통형 코어(110)에 급전 케이블(120)이 권취되는 형태로 구현 가능하다. 이에 따라, 휴대기기 사용자들은 z축 방향으로 휴대기기 충전이 가능하다.
도 1b는 본 실시예에 따른 실외에 설치되는 무선전력 전송장치의 통형 코어 일단에 상부 송신 코일모듈이 구비되고, 타단에 하부 송신 코일모듈이 구비된 형상을 나타낸 사시도이다.
본 실시예에 따른 실외에 설치되는 무선전력 전송장치(100)는 통형 코어(110), 급전 케이블(120) 및 송신 코일모듈(130)을 포함한다. 여기서, 송신 코일모듈(130)은 상부 송신 코일모듈(132) 및 하부 송신 코일모듈(134)을 포함한다.
통형 코어(110)는 지면을 기준으로 지면과 수직방향으로 설치된다. 통형 코어(110)는 관 형상의 부재이며, 도 1b에서는 원형의 통 형상으로 길게 형성된 것으로 설명하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 사각기둥, 반원기둥, 삼각기둥 등 다양한 형상일 수 있다.
급전 케이블(120)은 통형 코어(110)에 권취된다. 여기서, 급전 케이블(120)은 통형 코어(110)를 나선형으로 감는다. 여기서, 급전 케이블(120)은 일정 높이에서 통형 코어(110)에 권취된다. 도 1b에서는 도시하지 않았으나, 급전 케이블(120)이 상부 송신 코일모듈(132) 및 하부 송신 코일모듈(132)중 하나 이상에 권취될 수 있다.
상부 송신 코일모듈(132)은 통형 코어(110)의 상부 일단에 연결되어 통형 코어(110)의 길이 방향에 나란하지 않은 방향으로 돌출되는 복수 개의 상부 윙을 포함할 수 있다. 여기서, 상부 일단은 지면을 기준으로 통형 코어(110)에서 지면과 가장 멀리 떨어진 지점을 의미한다. 상부 송신 코일모듈(132)은 통형 코어(110)와 결합되는 지점에 일정 방향 예컨대, 위를 향하는 방향으로 피뢰침(160)이 연결된다. 여기서, 피뢰침(160)은 낙뢰에 의한 충격 전류를 지면으로 안전하게 흘려 보낸다. 상부 송신 코일모듈(132)은 제1 상부 윙(142), 제2 상부 윙(144), 제3 상부 윙(146) 및 제4 상부 윙(148)을 포함하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상부 송신 코일모듈(132)은 통형 코어(110)및 급전 케이블(120)로부터 발생되는 자기장이 넓고 균일한 분포로 형성되도록 한다. 여기서, 상부 송신 코일모듈(132)에 포함된 상부 윙의 개수가 많을수록 더욱 넓고 균일한 자기장 분포가 형성된다.
복수 개의 상부 윙은 각각 인접 상부 날개와 이루는 각도를 동일하게 구현할 수 있다. 제1 상부 윙(142)과 제2 상부 윙(144)이 이루는 각의 크기는 예컨대, 90
Figure pat00001
(도)일 수 있다. 제2 상부 윙(144)과 제3 상부 윙(146)이 이루는 각의 크기는 예컨대, 90
Figure pat00002
일 수 있다. 제3 상부 윙(146)과 제4 상부 윙(148)이 이루는 각의 크기는 예컨대, 90
Figure pat00003
일 수 있다. 또한, 제4 상부 윙(148)과 제1 상부 윙(142)이 이루는 각의 크기는 예컨대, 90
Figure pat00004
일 수 있다. 도 1b에는 상부 송신 코일모듈(132)에 포함되는 상부 윙을 4개만으로 도시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 송신 코일모듈(134)은 통형 코어(110)의 하부 일단에 연결되어 통형 코어(110)의 길이 방향에 나란하지 않은 방향으로 돌출되는 복수 개의 하부 윙을 포함할 수 있다. 여기서, 하부 일단은 지면을 기준으로 통형 코어(110)에서 지면과 가장 인접한 지점을 의미한다. 하부 송신 코일모듈(134)은 제1 하부 윙(151), 제2 하부 윙(152), 제3 하부 윙(153), 제4 하부 윙(154), 제5 하부 윙(155) 및 제6 하부 윙(156)을 포함하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 하부 송신 코일모듈(134)은 통형 코어(110)및 급전 케이블(120)로부터 발생되는 자기장이 넓고 균일한 분포로 형성되도록 한다. 여기서, 하부 송신 코일모듈(134)에 포함된 하부 윙의 개수가 많을수록 더욱 넓고 균일한 자기장 분포가 형성된다.
복수 개의 하부 윙은 각각 인접 하부 윙과 이루는 각도를 동일하게 구현할 수 있다. 제1 하부 윙(151)과 제2 하부 윙(152)이 이루는 각의 크기는 예컨대, 60
Figure pat00005
일 수 있다. 제2 하부 윙(152)과 제3 하부 윙(153)이 이루는 각의 크기는 예컨대, 60
Figure pat00006
일 수 있다. 제3 하부 윙(153)과 제4 하부 윙(154)이 이루는 각의 크기는 예컨대, 60
Figure pat00007
일 수 있다. 제4 하부 윙(154)과 제5 하부 윙(155)이 이루는 각의 크기는 예컨대, 60
Figure pat00008
일 수 있다. 제5 하부 윙(155)과 제6 하부 윙(156)이 이루는 각의 크기는 예컨대, 60
Figure pat00009
일 수 있다. 또한, 제6 하부 윙(156)과 제1 하부 윙(151)이 이루는 각의 크기는 예컨대, 60
Figure pat00010
일 수 있다. 도 1b에는 하부 송신 코일모듈(134)에 포함되는 하부 윙을 6개만으로 도시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2a는 본 실시예에 따른 통형 코어의 일단에 연결되는 제1 상부 송신 코일모듈을 나타낸 사시도이다.
제1 상부 송신 코일모듈(136)은 통형 코어(110)의 일단에 연결되어 통형 코어(110)의 길이 방향에 나란하지 않은 방향으로 돌출되는 복수의 상부 윙을 포함한다. 제1 상부 송신 코일모듈(136)은 제1 내지 4 상부 윙(142, 144, 146, 148)를 포함한다. 제1 상부 송신 코일모듈(136)은 돌출 단부에 제1 상부 송신 코일모듈(136)의 돌출방향과 다른 방향의 제1 돌출부를 포함하며, 제1 상부 송신 코일모듈(136)과 제1 돌출부는 지면과 나란하다.
도 2a에서는 제1 상부 윙(142), 제2 상부 윙(144), 제3 상부 윙(146) 및 제4 상부 윙(148)의 선단에 각각 일정 방향으로 돌출되는 제1 돌출부인 제1 돌출 날개(212), 제2 돌출 날개(214), 제3 돌출 날개(216) 및 제4 돌출 날개(218)을 포함한다. 제1 상부 윙(142) 선단에 돌출되는 제1 돌출 날개(212)는 제1 상부 윙(142)과 이루는 각이 예컨대, 90
Figure pat00011
이다. 제2 상부 윙(144) 선단에 돌출되는 제2 돌출 날개(214)는 제2 상부 윙(144)과 이루는 각이 예컨대, 90
Figure pat00012
이다. 제3 상부 윙(146) 선단에 돌출되는 제3 돌출 날개(216)는 제3 상부 윙(146)과 이루는 각이 예컨대, 90
Figure pat00013
이다. 제4 상부 윙(148) 선단에 돌출되는 제4 돌출 날개(218)는 제4 상부 윙(148)과 이루는 각이 예컨대, 90
Figure pat00014
이다. 여기서, 제1 및 제4 상부 윙(142, 144, 146, 148)에 각각 돌출되는 제1 및 제4 돌출 날개(212, 214, 216, 218) 사이에 형성되는 각도는 예컨대, 둔각일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2a에서는 제1 상부 윙(142), 제2 상부 윙(144), 제3 상부 윙(146) 및 제4 상부 윙(148) 일단에 복수의 급전 케이블(252, 254, 256, 258)이 권취되지 않는 것으로 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 급전 케이블(252, 254, 256, 258)은 제1 상부 윙(142), 제2 상부 윙(144), 제3 상부 윙(146) 및 제4 상부 윙(148)에 권취될 수 있다.
도 2b는 본 실시예에 따른 통형 코어의 일단에 연결되는 제2 상부 송신 코일모듈을 나타낸 사시도이다.
제2 상부 송신 코일모듈(138)은 통형 코어(110)의 일단에 연결되어 통형 코어(110)의 길이 방향에 나란하지 않은 방향으로 돌출되는 복수의 상부 윙을 포함한다.
제2 상부 송신 코일모듈(138)은 제1 내지 4 상부 윙(142, 144, 146, 148), 제1 내지 4 상부 윙(142, 144, 146, 148)의 선단에 각각 수직하게 양방향으로 돌출되는 제1 내지 4 돌출 양날개(222, 224, 226, 228), 제2 상부 송신 코일모듈(138)의 중심(230), 복수의 모서리(240)를 포함한다.
제2 상부 송신 코일모듈(138)의 중심(230)은 각 상부 윙들이 겹쳐지는 사각형 부분을 의미한다. 제2 상부 송신 코일모듈(138)과 제2 돌출부인 제1 내지 4 돌출 양날개(222, 224, 226, 228)는 지면과 나란하다. 복수의 돌출 양날개는 위에서 보는 경우 삼각형 형상을 가진다.
복수의 모서리(240)는 제2 상부 송신 코일모듈(138)의 중심(230)에 덧붙여진 제2 상부 송신 코일모듈(138)의 일부분이다. 복수의 모서리(240)는 상부 윙들이 제2 상부 송신 코일모듈(138)의 중심(230) 부근에서 이어지도록 제2 상부 송신 코일모듈(138)의 중심(230)에 상부 윙들의 너비정도의 길이의 덧붙여진 모서리를 의미한다.
도 2b에서는 제1 상부 윙(142), 제2 상부 윙(144), 제3 상부 윙(146) 및 제4 상부 윙(148) 일단에 복수의 급전 케이블(252, 254, 256, 258)이 권취되지 않는 것으로 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 급전 케이블(252, 254, 256, 258)은 제1 상부 윙(142), 제2 상부 윙(144), 제3 상부 윙(146) 및 제4 상부 윙(148)에 권취될 수 있다.
도 3a는 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 무선전력 전송장치를 나타낸 도면이다.
실내에 설치되는 무선전력 전송장치(300)는 막대형 코어(310), 급전케이블(320), 제1 윙(330) 및 제2 윙(340)을 포함한다.
막대형 코어(310)는 관 형상의 부재이며, 도 3a에서는 원통 형상으로 길게 형성된 것으로 설명하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 사각기둥, 반원기둥, 삼각기둥 등 다양한 형상일 수 있다.
급전 케이블(320)은 막대형 코어(310)에 권취된다. 여기서, 급전 케이블(320)은 막대형 코어(310)를 나선형으로 감는다.
제1 윙(330) 및 제2 윙(340)은 막대형 코어(310)와 동일 평면 상에 위치하며, 막대형 코어(310)의 양단에 각각 복수 개 구비된다. 제1 윙(330) 및 제2 윙(340)은 막대형 코어(310)의 길이 방향에 수직방향으로 돌출된다.
도 3b는 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 무선전력 전송장치에 보조윙이 추가로 포함된 형상을 나타낸 도면이다.
도 3b에서 실내에 설치되는 무선전력 전송장치(300)는 막대형 코어(310), 급전케이블(320), 제1 윙(330), 제2 윙(340) 및 보조윙(350)을 포함한다.
막대형 코어(310)는 관 형상의 부재이며, 도 3a에서는 원통 형상으로 길게 형성된 것으로 설명하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 사각기둥, 반원기둥, 삼각기둥 등 다양한 형상일 수 있다.
급전 케이블(320)은 막대형 코어(310)에 권취된다. 여기서, 급전 케이블(320)은 막대형 코어(310)를 나선형으로 감는다.
제1 윙(330) 및 제2 윙(340)은 막대형 코어(310)와 동일 평면 상에 위치하며, 막대형 코어(310)의 양단에 각각 복수 개 구비된다. 보조윙(350)은 막대형 코어(310) 양단에 평면과 각을 이루어 돌출된다.
도 4a는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 무선전력 전송장치(510)를 도시한 도면이고, 도 4b는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 무선전력 전송장치(510)로부터 발생하는 자기장의 형태를 나타낸 도면이다.
도 4a는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 무선전력 전송장치를 나타낸 도면이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 무선전력 전송장치(510)는 수직(Quadrature)으로 배치된 일자형 송신 코일모듈(520)과 수평(Direct)으로 배치된 일자형 송신 코일모듈(530)을 수직으로 겹쳐 십자 형태를 갖는다. 도 4a에 도시된 실내에 설치되는 무선전력 전송장치(510)는 겹쳐지는 부분은 권선을 권취하지 않고, 겹쳐지는 부분 외의 부분에 권선을 권취한다.
도 4b는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 무선전력 전송장치로부터 발생하는 자기장의 형태를 나타낸 도면이다.
도 4a에서 수직으로 배치된 일자형 송신 코일모듈(520)은 송신 코일모듈의 한쪽 끝에서 다른 한쪽 끝으로 도 4b에 나타난 x축 방향으로 자기장을 방사한다. 도 4a에서 수평으로 배치된 일자형 송신 코일모듈(530)은 송신 코일모듈의 한쪽 끝에서 다른 한쪽 끝으로 도 4a에 나타난 x축 방향으로 자기장을 방사한다. 각 일자형 송신 코일모듈이 자기장을 방사함에 있어, 각 인버터는 각 일자형 송신 코일모듈로 공급되는 교류 전원의 위상을 90도의 차이를 갖도록 제어한다. 예를 들어, 도 4a에서 수직으로 배치된 일자형 송신 코일모듈(520)에 Sin(
Figure pat00015
*t)의 교류 전원을 공급된다고 하면, 도 4a에서 수평으로 배치된 일자형 송신 코일모듈(530)에는 Sin(
Figure pat00016
*t+90)의 교류 전원이 공급되도록 각 인버터는 교류전원의 위상을 제어한다. 이에 따라 각 송신 코일모듈에서 발생하는 자기장 역시 90도의 위상차이를 갖는다. 각 송신 코일모듈에서 발생하는 자기장이 90도 위상차를 갖고, 각 송신 코일모듈이 수직으로 배치되어 있어 물리적으로 90도 위상차를 갖도록 놓여있기 때문에, 각 송신 코일모듈에서 발생하는 자기장의 합성 자기장(540)은 도 4b와 같이 일정 영역에서 균일한 자기장의 크기를 갖는 회전자계가 발생된다.
실내에 설치되는 무선전력 전송장치(510)는 일자형 송신 코일모듈 두개가 겹쳐진 송신 코일모듈이기 때문에 실내에 설치되는 무선전력 전송장치(510)로부터 자기장을 수신한 수신단에서 수신하는 전력은 일자형 실내에 설치되는 무선전력 전송장치(510)보다 커진다. 또한 실내에 설치되는 무선전력 전송장치(510)는 수직방향과 수평방향 송신 코일모듈에서 발생시키는 자기장의 합성 자기장(540)을 방사하기 때문에, 일자형 송신 코일모듈이 발생시키는 자기장의 범위보다 넓은 범위까지 자기장을 방사한다.
도 5a는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 제1 무선전력 전송장치를 도시한 도면이고, 도 5b는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 제1 무선전력 전송장치로부터 발생하는 자기장의 형태를 나타낸 도면이다.
도 5a는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 제1 무선전력 전송장치(610)는 일자형 송신 코일모듈을 세개 겹쳐 스타 형태를 갖는다. 제1 무선전력 전송장치(610)는 세개의 일자형 송신 코일모듈(620, 630, 640)이 물리적으로 각각 60도의 차이를 갖도록 배치하여 각 일자형 송신 코일모듈을 겹친다. 일자형 송신 코일모듈은 권선이 페라이트 코어의 중앙에 권취되어 있는데, 제1 무선전력 전송장치(610)는 겹쳐지는 부분은 권선을 권취하지 않고, 겹쳐지는 부분 외의 부분에 권선을 권취한다.
도 5b는 제1 무선전력 전송장치(610)로부터 발생하는 자기장의 형태를 나타낸다. 도 5a에서 도시된 각 일자형 송신 코일모듈은 각 송신 코일모듈의 한쪽 끝에서 다른 한쪽 끝으로 도 4a에 나타난 x축 방향으로 자기장을 방사한다. 각 일자형 송신 코일모듈이 자기장을 방사함에 있어, 각 인버터는 각 일자형 송신 코일모듈로 공급되는 교류 전원의 위상을 120도의 차이를 갖도록 제어한다. 예를 들어, 도 5a에서 하나의 일자형 송신 코일모듈(620)에 Sin(
Figure pat00017
*t)의 교류 전원을 공급된다고 하면, 다른 일자형 송신 코일모듈(630)에는 Sin(
Figure pat00018
*t+120)의 교류 전원이 공급되고, 또 다른 일자형 송신 코일모듈(640)에는 Sin(
Figure pat00019
*t+240)의 교류전원이 공급되도록 각 인버터는 교류전원의 위상을 제어한다. 이에 따라 각 송신 코일모듈에서 발생하는 자기장 역시 120도의 위상차이를 갖는다. 각 송신 코일모듈에서 발생하는 자기장이 120도 위상차를 갖고, 각 송신 코일모듈이 수직으로 배치되어 있어 물리적으로 60도 위상차를 갖도록 놓여있기 때문에, 각 송신 코일모듈에서 발생하는 자기장의 합성 자기장(650)은 도 5b와 같이 일정 영역에서 균일한 자기장의 크기를 갖는 회전자계가 발생된다.
제1 무선전력 전송장치(610)는 일자형 송신 코일모듈 세개가 겹쳐진 송신 코일모듈이기 때문에 제1 무선전력 전송장치(610)로부터 자기장을 수신한 수신단에서 생산하는 전력은 일자형 송신 코일모듈보다 많아진다. 또한 제1 무선전력 전송장치(610)는 일자형 송신 코일모듈 세개가 물리적으로 각 60도의 각도차를 가지고 배치되어 있기 때문에, 제1 무선전력 전송장치(610)는 일자형 송신 코일모듈이 발생시키는 자기장의 범위보다 넓은 범위까지 자기장을 방사한다.
도 6a는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 제2 무선전력 전송장치의 형태를 도시한 도면이고, 도 6b는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 제2 무선전력 전송장치의 날개의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6a는 또 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 제2 무선전력 전송장치(710)는 페라이트 코어의 중심(720), 복수의 브랜치(730a 내지 d), 복수의 날개(740a 내지 d), 복수의 권선(750a 내지 d) 및 복수의 모서리(760a 내지 d)를 포함한다.
실내에 설치되는 제2 무선전력 전송장치(710)는 페라이트 코어의 중심(720)에서 서로 수직하는 4방향으로 뻗어나온 브랜치들(730)을 갖는다. 페라이트 코어의 중심(720)은 각 브랜치들이 겹쳐지는 사각형 부분을 의미한다. 브랜치(730)는 중심으로부터 뻗어나온 페라이트 코어로서 각 브랜치는 일정한 너비를 갖는다.
각 브랜치는 각 브랜치의 끝에 날개(740)를 갖는다. 복수의 날개(740)는 중앙부분은 두껍고, 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 갖는다.
실내에 설치되는 제2 무선전력 전송장치(710)의 복수의 권선(750)은 각 브랜치의 날개 방향의 끝 부분에 권취되어 있다. 권선은 권취되는 위치가 브랜치에서 날개 방향으로 갈수록 자기장의 분포가 커지기 때문에, 권선이 각 브랜치의 날개 방향의 끝 부분에 권취되도록 한다.
모서리(760)는 페라이트 코어의 중심(720)에 덧붙여진 페라이트 코어로서, 수평방향의 브랜치들(770)과 수직방향의 브랜치들(780)로부터 발생하는 자기장의 합성 자기장이 포화되는 것을 방지한다. 수평방향 또는 수직방향의 브랜치들로부터 발생하는 자기장은 자기장의 포화값보다 작다. 그러나 수평방향의 브랜치들(770)과 수직방향의 브랜치들(780)로부터 발생하는 자기장이 합해지는 페라이트 코어의 중심(720)부분에서는 자기장의 포화값보다 커져 자기장이 포화될 우려가 있다. 자기장이 포화되는 것을 방지하기 위해, 각 브랜치들이 브랜치의 페라이트 코어의 중심(720) 부근에서 이어지도록 페라이트 코어의 중심(720)에 브랜치의 너비정도의 길이의 모서리를 덧붙인다. 덧붙여진 모서리로 인해 페라이트 코어의 중심(720)의 단면적은 커지고, 단면적이 커짐에 따라 자기장의 포화값은 커진다. 즉, 수평방향의 브랜치들(770)과 수직방향의 브랜치들(780)로부터 발생하는 자기장이 합해진 합성 자기장보다 큰 자기장의 포화값을 갖도록 모서리를 덧붙임으로써, 페라이트 코어의 중심(720)에서 자기장이 포화되는 것을 막을 수 있다.
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실내에 설치되는 제2 무선전력 전송장치의 날개의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6b에는 날개(740)가 브랜치(730)의 끝 부분을 중심으로 좌우 대칭을 이루는 것(θ1=θ2)으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 θ1≠θ2 이거나 θ1 또는 θ2 가 0인 비대칭 구조도 가능하다. θ1+θ2는 커질수록 자기장의 분포와 세기가 커진다. 다만, 자기장의 분포와 세기가 θ1+θ2가 커짐에 따라 계속하여 커지는 것은 아니고, θ1+θ2가 일정 수준 이상으로 커지게 되면, 각 날개에서 방사되는 자기장이 상호 간섭을 일으켜 자기장의 분포나 세기가 작아진다. 또한, 날개가 브랜치와 이루는 각도(θ3) 역시 자기장의 분포에 영향을 미친다. θ3가 일정 각도보다 작아지면 자기장의 분포는 커지며, θ3가 일정 각도보다 커지면 자기장의 분포는 작아진다.
이상의 설명에서 권선 내부의 자기저항을 줄이기 위해 권선 내부에 삽입한 것으로 페라이트 코어로 한정하여 이에 대해 설명을 하였으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 권선 내부의 자기저항을 줄일 수 있는 코어라면 페라이트 코어를 대체할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통산의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것을 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 실외에 설치되는 무선전력 전송장치
110: 통형 코어 120: 급전 케이블
130: 송신 코일모듈 132: 상부 송신 코일모듈
134: 하부 송신 코일모듈 136: 제1 상부 송신 코일모듈
138: 제1 하부 송신 코일모듈 142: 제1 상부 윙
144: 제2 상부 윙 146: 제3 상부 윙
148: 제4 상부 윙 151: 제1 하부 윙
152: 제2 하부 윙 153: 제3 하부 윙
154: 제4 하부 윙 155: 제5 하부 윙
156: 제6 하부 윙 212: 제1 돌출 날개
214: 제2 돌출 날개 216: 제3 돌출 날개
218: 제4 돌출 날개 222: 제1 돌출 양날개
224: 제2 돌출 양날개 226: 제3 돌출 양날개
228: 제4 돌출 양날개
300: 실내에 설치되는 무선전력 전송장치
310: 막대형 코어 320: 급전케이블
330: 제1 윙 340: 제2 윙
350: 보조윙

Claims (19)

  1. 지면을 기준으로 상기 지면과 수직방향으로 설치되는 통형 코어;
    상기 통형 코어에 권취되는 급전케이블; 및
    상기 통형 코어의 일단에 연결되어 상기 통형 코어의 길이 방향에 나란하지 않은 방향으로 돌출되는 복수 개의 윙
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 일단은 상기 통형 코어의 상단인 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 통형 코어의 일단에 피뢰침을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 통형 코어의 타단에 연결되어 상기 통형 코어의 길이 방향에 나란하지 않은 방향으로 돌출되는 복수 개의 하부 윙을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 윙은,
    상기 통형 코어의 길이 방향에 수직하는 방향으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 윙은,
    각각의 돌출 단부에 상기 윙의 돌출방향과 다른 한 방향으로 돌출되는 제1 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 윙 및 상기 제1 돌출부의 돌출방향은 상기 지면과 나란한 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 돌출부와 상기 윙이 이루는 각이 둔각인 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 윙은 각각의 돌출 단부에 수직하고 양방향으로 돌출되는 제2 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 윙과 상기 제2 돌출부의 돌출방향은 상기 지면과 나란한 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  11. 막대형 코어;
    상기 막대형 코어 일단에 위치하는 제1 윙;
    상기 막대형 코어 타단에 위치하는 제2 윙; 및
    상기 막대형 코어에 권취되는 급전케이블
    을 포함하고, 상기 제1 윙, 상기 제2 윙은 상기 막대형 코어의 양단에 각각 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  12. 상기 11 항에 있어서,
    상기 제1 윙 및 상기 제2 윙은,
    상기 막대형 코어와 동일 평면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 무선전력 전송장치는,
    상기 막대형 코어의 양단에 상기 평면과 각을 이루어 배치되는 보조윙을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 무선전력 전송장치는,
    상기 막대형 코어를 두 개 구비하고, 서로 직각으로 배치되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  15. 코어의 중심부, 상기 코어의 중심부로부터 뻗어 나온 코어의 복수의 브랜치(Branch) 및 상기 복수의 브랜치에 각각 연결되어 상기 복수의 브랜치가 각각 상기 중심부로부터 뻗어나온 방향과 다른 방향으로 상기 코어가 확장되는 코어의 복수의 확장부와 상기 코어의 복수의 브랜치에 각각 권취되고 교류 전원을 인가 받아 자기장을 발생시키는 복수의 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 확장부는,
    상기 확장부의 중앙부분이 굵고 상기 확장부의 양 끝단으로 갈수록 가늘어 지는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 권선은,
    상기 복수의 브랜치의 확장부 방향의 끝단에 각각 권취되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 중심부는,
    상기 복수의 브랜치 사이에 상기 복수의 브랜치를 각각 서로 잇는 모서리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 모서리는,
    상기 코어의 폭이나 두께만큼의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200007198A (ko) * 2018-07-12 2020-01-22 대구대학교 산학협력단 건물 내 구조물을 이용한 무선 전력 전송 시스템 및 방법

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