KR20170043393A

KR20170043393A - 코일 장치와 코일 장치의 제조 방법 및 코일 장치를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치

Info

Publication number: KR20170043393A
Application number: KR1020150143103A
Authority: KR
Inventors: 임성현
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2017-04-21
Also published as: US20170103849A1; CN106920657A; CN106920657B; JP2017077166A; US10529484B2

Abstract

실시예는 제1 및 제2 단자를 포함하는 기판 및 상기 기판의 일 면에 배치되고, 적어도 한번 감기며 배치된 제1 코일을 포함하고, 상기 제1 코일은 상기 기판 상에 적층되도록 셀프 본딩된 복수의 와이어를 포함하고, 상기 복수의 와이어의 일 측은 제1 단자에 공통으로 연결되고, 타 측은 제2 단자에 공통으로 연결되는 코일 장치와 코일 장치를 포함하는 무선전력전송장치 또는 무선전력수신장치 그리고 상기 코일 장치를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

Description

코일 장치와 코일 장치의 제조 방법 및 코일 장치를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치 {Coil Device Of Wireless Power Transfer System}

본 발명은 코일 장치와 코일 장치의 제조 방법 및 코일 장치를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치에 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 무선전력전송(Wireless Power Transfer; WPT)이 제안되고 있다.

무선전력전송 시스템은 공간을 통하여 선 없이 전력을 전달하는 기술로써, 모바일(Mobile) 기기 및 디지털 가전 기기들에 대한 전력 공급의 편의성을 극대화한 기술이다.

무선전력전송 시스템은 실시간 전력 사용 제어를 통한 에너지 절약, 전력 공급의 공간 제약 극복 및 배터리 재충전을 이용한 폐 건전지 배출량 절감 등의 강점을 지닌다.

무선전력전송 시스템의 구현 방법으로써 대표적으로 자기유도방식과 자기공진방식이 있다. 자기유도방식은 두 개의 코일을 근접시켜 한쪽의 코일에 전류를 흘려 그에 따라 발생한 자속을 매개로 하여 다른 쪽의 코일에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술로써, 수백 kHz의 주파수를 사용할 수 있다. 자기 공진 방식은 전자파나 전류를 이용하지 않고 전장 또는 자장만을 이용하는 자기 공명 기술로써 전력 전송이 가능한 거리가 수 미터 이상으로써, 수 MHz의 대역을 이용할 수 있다.

무선전력전송 시스템은 무선으로 전력을 전송하는 송신장치와 전력을 수신하여 배터리 등 부하를 충전하는 수신장치를 포함한다. 이 때 수신장치의 충전 방식, 즉 자기 유도 방식과 자기 공진 방식 중 어느 하나의 충전 방식을 택할 수 있고, 수신장치의 충전 방식에 대응하여 무선으로 전력을 전달할 수 있는 송신장치가 개발되고 있다.

이러한 무선전력전송 시스템은 코일 상에 유도되는 기전력을 무선으로 전달하는 방식으로 전력을 전송할 수 있다.

최근 무선전력전송 시스템의 소형화 추세에 따라 코일을 배치할 수 있는 공간상의 제약의 문제가 있고, 코일의 감은수를 증가시키기 위하여 코일을 얇게 하는 경우, 저항이 증가하여 충전 효율이 떨어지는 문제가 있었다.

실시예는 인덕턴스는 증가하고 저항은 감소하여 양호도를 증가시킬 수 있는 무전전력전송 시스템의 코일 장치를 제공할 수 있다.

또한 실시예는 기판 상의 코일의 실장 면적을 줄여 코일의 감은 수를 증사시킬 수 있는 무전전력전송 시스템의 코일 장치를 제공할 수도 있다.

실시예에 따른 코일 장치는, 기판; 및 상기 기판의 일 면에 적어도 한번 감기며 배치된 코일;을 포함하고, 상기 기판의 일 면과 수직한 상기 코일의 단면의 높이는 상기 기판의 일면과 평행한 상기 코일의 단면의 폭보다 긴 코일 장치 및 이를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치를 제공할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 코일 장치의 상기 코일은 상기 기판 상의 제1 및 제2 단자 사이에 연결되고 셀프 본딩(self-bonding)된 복수의 와이어를 포함하는 코일 장치 및 이를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치를 제공할 수도 있다.

또한, 실시예에 따른 코일 장치의 상기 복수의 와이어 각각은 단선(Solid Wire)인 코일 장치 및 이를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치를 제공할 수도 있다.

또한, 실시예에 따른 코일 장치의 상기 코일은 평각 동선인 코일 장치 및 이를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치를 제공할 수도 있다.

또한, 실시예에 따른 코일 장치의 상기 복수의 와이어 각각은 리츠(Litz) 와이어인 코일 장치 및 이를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치를 제공할 수도 있다.

또한, 실시예에 따른 코일 장치의 상기 코일은 유도 코일 또는 공진 코일인 코일 장치 및 이를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치를 제공할 수도 있다.

또한 실시예에 따른 코일 장치는, 제1 및 제2 단자를 포함하는 기판; 및 상기 기판의 일 면에 배치되고, 적어도 한번 감기며 배치된 제1 코일;을 포함하고, 상기 제1 코일은 상기 기판 상에 적층되도록 셀프 본딩된 복수의 와이어를 포함하고, 상기 복수의 와이어의 일 측은 제1 단자에 공통으로 연결되고, 타 측은 제2 단자에 공통으로 연결되는 코일 장치 및 이를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치를 제공할 수도 있다.

또한, 실시예에 따른 코일 장치의 상기 복수의 와이어 각각은 평각 동선인 코일 장치 및 이를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치를 제공할 수도 있다.

또한, 실시예에 따른 코일 장치의 상기 제1 코일은 유도 코일인 코일 장치 및 이를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치를 제공할 수도 있다.

또한, 실시예에 따른 코일 장치의 상기 기판 상에 적층되도록 셀프 본딩된 복수의 와이어를 포함하는 제2 코일을 더 포함하고, 상기 제2 코일은 공진 코일인 코일 장치 및 이를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치를 제공할 수도 있다.

또한, 실시예에 따른 코일 장치의 제조 방법은 제1 및 제2 단자를 구비한 기판을 마련하는 단계; 복수의 와이어가 서로 상기 기판 상에 적층되도록 상기 복수의 와이어를 셀프 본딩하는 단계; 상기 복수의 와이어를 상기 기판 상에 배치하며 상기 제1 및 제2 단자에 연결하는 단계;를 포함하는 코일 장치의 제조 방법을 제공할 수도 있다.

또한, 실시예에 따른 코일 장치의 제조 방법의 상기 복수의 와이어 각각은 단선(Solid Wire)인 코일 장치의 제조 방법을 제공할 수도 있다.

또한, 실시예에 따른 코일 장치의 제조 방법의 상기 복수의 와이어 각각은 리츠(Litz) 와이어인 코일 장치의 제조 방법.

실시예는 기판 상에 수직 방향으로 적층되도록 복수의 와이어들 셀프 본딩하고, 셀프 본딩된 코일을 기판 상에 배치함으로써 인덕턴스를 증가시키고, 저항을 감소시켜 양호도를 증가시킬 수 있고, 기판 상에 차지하는 코일의 면적을 줄일 수 있는 무전전력전송 시스템의 코일 장치를 제공할 수도 있다.

도 1은 자기 유도 방식 등가회로이다.
도 2는 자기 공진 방식 등가회로이다.
도 3a 및 3b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 송신장치를 나타낸 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 수신부를 나타낸 블록도이다.
도 5는 제1 및 제2 실시예에 따른 코일 장치의 상면도이다.
도 6은 제1 실시예에 따른 코일 장치로써 도 5의 A, B 일점쇄선을 절단한 단면도이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 코일장치로써 도 5의 A, B 일점쇄선을 절단한 단면이다.
도 8 및 도 9는 셀프본딩되는 와이어를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 제3 및 제4 실시예에 따른 코일부의 상면도이다.
도 11은 제3 실시예에 따른 코일부로써 도 10의 A, B 일점쇄선을 절단한 단면도이다.
도 12는 제4 실시예에 따른 코일부로써 도 10의 A, B 일점쇄선을 절단한 단면이다.
도 13은 NFC 코일을 더 포함하는 코일부를 나타낸 단면도이다.
도 14 및 도 15는 비교예에 따른 코일부의 단면도이다.
도 16은 코일 상의 전류에 따른 충전 효율을 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 코일 장치와 코일 장치의 제조 방법 및 코일 장치를 포함하는 무선전력전송장치 그리고 무선전력수신장치 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

실시예는 무선 전력 전송을 위하여 저주파(50kHz)부터 고주파(15MHz)까지의 다양한 종류의 주파수 대역을 선택적으로 사용하며, 시스템 제어를 위하여 데이터 및 제어신호를 교환할 수 있는 통신시스템을 포함할 수도 있다.

실시예는 배터리를 사용하거나 필요로 하는 전자기기를 사용하는 휴대단말 산업, 스마트 시계 산업, 컴퓨터 및 노트북 산업, 가전기기 산업, 전기자동차 산업, 의료기기 산업, 로봇 산업 등 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.

실시예는 하나 또는 복수개의 전송 코일을 사용하여 한 개 이상의 다수기기에 전력 전송이 가능한 시스템을 고려할 수 있다.

실시예에 따르면 스마트폰, 노트북 등 모바일 기기에서의 배터리 부족문제를 해결할 수 있고, 일 예로 테이블에 무선충전패드를 놓고 그 위에서 스마트폰, 노트북을 사용하면 자동으로 배터리가 충전되어 장시간 사용할 수 있게 된다. 또한 까페, 공항, 택시, 사무실, 식당 등 공공장소에 무선충전패드를 설치하면 모바일기기 제조사별로 상이한 충전단자에 상관없이 다양한 모바일기기를 충전할 수 있다. 또한 무선전력전송 기술이 청소기, 선풍기 등의 생활가전제품에 적용되면 전원케이블을 찾아 다닐 필요가 없게 되고 가정 내에서 복잡한 전선이 사라지면서 건물 내 배선이 줄고 공간활용 폭도 넓어질 수 있다. 또한 현재의 가정용 전원으로 전기자동차를 충전할 경우 많은 시간이 소요되지만 무선전력전송 기술을 통해서 고전력을 전송한다면 충전시간을 줄일 수 있게 되고 주차장 바닥에 무선충전시설을 설치하게 되면 전기자동차 주변에 전원케이블을 준비 해야 하는 불편함을 해소 할 수 있다.

실시예에서 사용되는 용어와 약어는 다음과 같다.

무선전력전송 시스템 (Wireless Power Transfer System): 자기장 영역 내에서 무선 전력 전송을 제공하는 시스템

송신장치(Wireless Power Transfer System-Charger; Power Transfer Unit: PTU): 자기장 영역 내에서 전력수신기에게 무선전력전송을 제공하며 시스템 전체를 관리하는 장치로 송신장치 또는 송신기로 지칭할 수 있다.

수신장치(Wireless Power Receiver System-Device; Power Receiver Unit: PRU): 자기장 영역 내에서 전력송신기로부터 무선전력 전송을 제공받는 장치로 수신장치 또는 수신기로 지칭할 수 있다.

충전 영역(Charging Area): 자기장 영역 내에서 실제적인 무선 전력 전송이 이루어지는 지역이며, 응용 제품의 크기, 요구 전력, 동작주파수에 따라 변할 수 있다.

S 파라미터(Scattering parameter): S 파라미터는 주파수 분포상에서 입력전압 대 출력전압의 비로 입력 포트 대 출력 포트의 비(Transmission; S21) 또는 각각의 입/출력 포트의 자체 반사값, 즉 자신의 입력에 의해 반사되어 돌아오는 출력의 값(Reflection; S11, S22).

품질 지수 Q(Quality factor): 공진에서 Q의 값은 주파수 선택의 품질을 의미하고 Q 값이 높을수록 공진 특성이 좋으며, Q 값은 공진기에서 저장되는 에너지와 손실되는 에너지의 비로 표현됨.

무선으로 전력을 전송하는 원리를 살펴보면, 무선 전력 전송 원리로 크게 자기 유도 방식과 자기 공진 방식이 있다.

자기 유도 방식은 소스 인덕터(Ls)와 부하 인덕터(Ll)를 서로 근접시켜 한쪽의 소스 인덕터(Ls)에 전류를 흘리면 발생하는 자속을 매개로 부하 인덕터(Ll)에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술이다. 그리고 자기 공진 방식은 2개의 공진기를 결합하는 것으로 2개의 공진기 간의 고유 주파수에 의한 자기 공진이 발생하여 동일 주파수로 진동 하면서 동일 파장 범위에서 전기장 및 자기장을 형성시키는 공명 기법을 활용하여 에너지를 무선으로 전송하는 기술이다.

도 1은 자기 유도 방식 등가회로이다.

도 1을 참조하면, 자기 유도 방식 등가회로에서 송신장치는 전원을 공급하는 장치에 따른 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs), 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs) 그리고 수신부와의 자기적 결합을 위한 소스 코일(Ls)로 구현될 수 있고, 수신부는 수신부의 등가 저항인 부하 저항(Rl), 임피던스 매칭을 위한 부하 커패시터(Cl) 그리고 송신장치와의 자기적 결합을 위한 부하 코일(Ll)로 구현될 수 있고, 소스 코일(Ls)과 부하 코일(Ll)의 자기적 결합 정도는 상호 인덕턴스(Msl)로 나타낼 수 있다.

도 1에서 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs)와 부하 커패시터(Cl)이 없는 오로지 코일로만 이루어진 자기 유도 등가회로로부터 입력전압 대 출력전압의 비(S21)를 구하여 이로부터 최대 전력 전송 조건을 찾으면 최대 전력 전송 조건은 이하 수학식 1을 충족한다.

수학식 1

Ls/Rs=Ll/Rl

상기 수학식 1에 따라 송신 코일(Ls)의 인덕턴스와 소스 저항(Rs)의 비와 부하 코일(Ll)의 인덕턴스와 부하 저항(Rl)의 비가 같을 때 최대 전력 전송이 가능하다. 인덕턴스만 존재하는 시스템에서는 리액턴스를 보상할 수 있는 커패시터가 존재하지 않기 때문에 최대 전력 전달이 이루이지는 지점에서 입/출력 포트의 자체 반사값(S11)의 값은 0이 될 수 없고, 상호 인덕턴스(Msl) 값에 따라 전력 전달 효율이 크게 변화할 수 있다. 그리하여 임피던스 매칭을 위한 보상 커패시터로써 송신장치에 소스 커패시터(Cs)가 부가될 수 있고, 수신부에 부하 커패시터(Cl)가 부가될 수 있다. 상기 보상 커패시터(Cs, Cl)는 예로 수신 코일(Ls) 및 부하 코일(Ll) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한 임피던스 매칭을 위하여 송신장치 및 수신부 각각에는 보상 커패시터 뿐만 아니라 추가적인 커패시터 및 인덕터와 같은 수동 소자가 더 부가될 수 있다.

도 2는 자기 공진 방식 등가회로이다.

도 2를 참조하면, 자기 공진 방식 등가회로에서 송신장치는 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs) 그리고 소스 인덕터(Ls)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 소스 코일(Source coil)과 송신측 공진 인덕터(L1)와 송신측 공진 커패시터(C1)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 송신측 공진 코일(Resonant coil)로 구현되고, 수신부는 부하 저항(Rl)와 부하 인덕터(Ll)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 부하 코일(Load coil)과 수신측 공진 인덕터(L2)와 수신측 공진 커패시터(C2)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 수신측 공진 코일로 구현되며, 소스 인덕터(Ls)와 송신측 인덕터(L1)는 K01의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 부하 인덕터(Ll)와 부하측 공진 인덕터(L2)는 K23의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 송신측 공진 인덕터(L1)와 수신측 공진 인덕터(L2)는 K12의 결합 계수로 자기적으로 결합된다. 또 다른 실시예의 등가회로에서는 소스 코일 및/또는 부하 코일을 생략하고 송신측 공진 코일과 수신측 공진 코일만으로 이루어질 수도 있다.

자기 공진 방식은 두 공진기의 공진 주파수가 동일할 때에는 송신장치의 공진기의 에너지의 대부분이 수신부의 공진기로 전달되어 전력 전달 효율이 향상될 수 있고, 자기 공진 방식에서의 효율은 이하 수학식 2를 충족할 때 좋아진다.

수학식 2

k/Γ >> 1 (k는 결합계수, Γ 감쇄율)

자기 공진 방식에서 효율을 증가시키기 위하여 임피던스 매칭을 위한 소자를 부가할 수 있고, 임피던스 매칭 소자는 인덕터 및 커패시터와 같은 수동 소자가 될 수 있다.

이와 같은 무선 전력 전송 원리를 바탕으로 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전달하기 위한 무선전력전송 시스템을 살펴본다.

<송신장치>

도 3a 및 도 3b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 송신장치를 나타낸 블록도이다.

도 3a를 참조하면, 실시예에 따른 무선전력전송 시스템은 송신장치(1000)와 상기 송신장치(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신부(2000)를 포함할 수 있다. 상기 송신장치(1000)는 입력되는 교류 신호를 전력 변환하여 교류 신호로 출력하는 송신측 전력변환부(101)와 상기 송신측 전력변환부(101)로부터 출력되는 교류 신호에 기초하여 자기장을 생성하여 충전 영역 내의 수신부(2000)에 전력을 제공하는 송신측 공진회로부(102) 및 상기 송신측 전력변환부(101)의 전력 변환을 제어하고, 상기 송신측 전력변환부(101)의 출력 신호의 진폭과 주파수를 조절하고, 상기 송신측 공진회로부(102)의 임피던스 매칭을 수행하며, 상기 송신측 전력변환부(101) 및 상기 송신측 공진회로부(102)로부터 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하며, 상기 수신부(2000)와 무선 통신할 수 있는 송신측 제어부(103)를 포함할 수 있다. 상기 송신측 전력변환부(101)는 교류신호를 직류로 변환하는 전력변환부, 직류의 레벨을 가변하여 직류를 출력하는 전력변환부, 직류를 교류로 변환하는 전력변환부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 상기 송신측 공진회로부(102)는 코일과 상기 코일과 공진할 수 있는 임피던스 매칭부를 포함할 수 있다. 또한 상기 송신측 제어부(103)는 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하기 위한 센싱부와 무선 통신부를 포함할 수 있다.

또한 도 3b를 참조하면, 상기 송신장치(1000)는 송신측 교류/직류 변환부(1100), 송신측 직류/교류 변환부(1200), 송신측 임피던스 매칭부(1300), 송신 코일부(1400) 그리고 송신측 통신 및 제어부(1500)을 포함할 수 있다.

송신측 교류/직류 변환부(1100)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 외부로부터 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 전력 변환부로써, 상기 송신측 교류/직류 변환부(1100)는 서브 시스템으로 정류기(1110)와 송신측 직류/직류 변환부(1120)을 포함할 수 있다. 상기 정류기(1110)는 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 시스템으로써 이를 구현하는 실시예로 고주파수 동작 시 상대적으로 높은 효율을 가지는 다이오드 정류기, 원-칩(one-chip)화가 가능한 동기 정류기 또는 원가 및 공간 절약이 가능하고 및 데드 타임(Dead time)의 자유도가 높은 하이브리드 정류기가 될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 교류를 직류로 변환하는 시스템이라면 적용 가능하다. 또한 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 상기 정류기(1110)으로부터 제공되는 직류 신호의 레벨을 조절하는 것으로 이를 구현하는 예로 입력 신호의 레벨을 낮추는 벅 컨버터(Buck converter), 입력 신호의 레벨을 높이는 부스트 컨버터(Boost converter), 입력 신호의 레벨을 낮추거나 높일 수 있는 벅 부스트 컨버터(Buck Boost converter) 또는 축 컨버터(Cuk converter)가 될 수 있다. 또한 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)는 전력 변환 제어 기능을 하는 스위치소자와 전력 변환 매개 역할 또는 출력 전압 평활 기능을 하는 인덕터 및 커패시터, 전압 이득을 조절 또는 전기적인 분리 기능(절연 기능)을 하는 트랜스 등을 포함할 수 있으며, 입력되는 직류 신호에 포함된 리플 성분 또는 맥동 성분(직류 신호에 포함된 교류 성분)을 제거하는 기능을 할 수 있다. 그리고 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)의 출력 신호의 지령치와 실제 출력 치와의 오차는 피드백 방식을 통해 조절될 수 있고, 이는 상기 송신측 통신 및 제어부(1500)에 의하여 이루어 질 수 있다.

송신측 직류/교류 변환부(1200)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 송신측 교류/직류 변환부(1100)으로부터 출력되는 직류 신호를 교류 신호로 변환하고, 변환된 교류 신호의 주파수를 조절할 수 있는 시스템으로 이를 구현하는 예로 하프 브릿지 인버터(Half bridge inverter) 또는 풀 브릿지 인버터(Full bridge inverter)가 있다. 그리고 무선전력전송 시스템은 직류를 교류로 변환하는 다양한 증폭기가 적용될 수 있고, 예로 A급, B급, AB급, C급, E 급 F급 증폭기가 있다. 또한 상기 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 출력 신호의 주파수를 생성하는 오실레이터(Ocillator)와 출력 신호를 증폭하는 파워 증폭부를 포함할 수 있다.

상기 교류/직류 변환부(1100) 및 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 구성은 교류 전력 공급기로 대체할 수 있으며, 생략되거나 또 다른 구성으로 대체할 수도 있다.

송신측 임피던스 매칭부(1300)는 서로 다른 임피던스를 가진 지점에서 반사파를 최소화하여 신호의 흐름을 좋게 한다. 송신장치(1000)와 수신부(2000)의 두 코일은 공간적으로 분리되어 있어 자기장의 누설이 많으므로 상기 송신장치(1000)와 수신부(2000)의 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정하여 전력 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 인덕터, 커패시터 그리고 저항 소자 중 적어도 하나로 구성될 수 있고, 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 상기 인덕터의 인덕턴스와 커패시터의 커패시턴스 그리고 저항의 저항 값을 가변하여 임피던스 매칭을 위한 임피던스 값을 조정할 수 있다. 그리고 무선전력전송 시스템이 자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 직렬 공진 구조 또는 병렬 공진 구조를 가질 수 있고, 송신장치(1000)와 수신부(2000) 사이의 유도 결합 계수를 증가시켜 에너지 손실을 최소화 할 수 있다. 그리고 무선전력전송 시스템이 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 송신장치(1000)와 수신부(2000) 간의 이격 거리가 변화되거나 금속성 이물질(FO; Foreign Object), 다수의 디바이스에 의한 상호 영향 등에 따라 코일의 특성의 변화로 에너지 전송 선로상의 매칭 임피던스 변화에 따른 임피던스 매칭의 실시간 보정을 가능하게 할 수 있고, 그 보정 방식으로써 커패시터를 이용한 멀티 매칭 방식, 멀티 안테나를 이용한 매칭 방식, 멀티 루프를 이용한 방식 등이 될 수 있다.

송신측 코일(1400)은 복수개의 코일 또는 단수개의 코일로 구현될 수 있고, 송신측 코일(1400)이 복수개로 구비되는 경우 이들은 서로 이격되어 배치되거나 서로 중첩되어 배치될 수 있고, 이들이 중첩되어 배치되는 경우 중첩되는 면적은 자속 밀도의 편차를 고려하여 결정할 수 있다. 또한 송신측 코일(1400)을 제작할 때 내부 저항 및 방사 저항을 고려하여 제작할 수 있고, 이 때 저항 성분이 작으면 품질 지수(Quality factor)가 높아지고 전송 효율이 상승할 수 있다.

통신 및 제어부(1500)는 송신측 제어부(1510)와 송신측 통신부(1520)를 포함할 수 있다. 상기 송신측 제어부(1510)는 수신부(2000)의 전력 요구량, 현재 충전량, 수신부의 정류기 출력단의 전압(Vrect), 복수 수신부의 각 충전 효율 그리고 무선 전력 방식중 적어도 하나 이상을 고려하여 상기 송신측 교류/직류 변환부(1100)의 출력 전압(또는 송신 코일에 흐르는 전류(Itx_coil)을 조절하는 역할을 할 수 있다. 그리고 최대 전력 전송 효율를 고려하여 상기 송신측 직류/교류 변환부(1200)를 구동하기 위한 주파수 및 스위칭 파형들을 생성하여 전송될 전력을 제어할 수 있다. 또한 수신부(2000)의 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 수신부(2000)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 한편 상기 송신측 제어부(1510)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤유닛(Micro Controller Unit) 또는 마이콤(Micom)이라고 지칭할 수 있다. 상기 송신측 통신부(1520)는 수신측 통신부(2620)와 통신을 수행할 수 있고, 통신 방식의 일 예로 블루투스, NFC, Zigbee 등의 근거리 통신 방식을 이용할 수 있다. 상기 송신측 통신부(1520)와 수신측 통신부(2620)는 서로간에 충전 상황 정보 및 충전 제어 명령 등의 송수신을 진행할 수 있다. 그리고 상기 충전 상황 정보로는 수신부(2000)의 개수, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 그리고 송신장치(1000)의 전송 전력량 등을 포함할 수 있다. 또한 송신측 통신부(1520)는 수신부(2000)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있고, 상기 충전 기능 제어 신호는 수신부(2000)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다.

이처럼, 송신측 통신부(1520)는 별도의 모듈로 구성되는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 형식으로 통신될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 송신장치가 전송하는 전력신호를 이용하여 수신부가 송신장치에 전달하는 피드백 신호를 이용하고, 송신장치가 전송하는 전력신호의 주파수를 쉬프트(Frequency shift)를 이용하여 송신장치가 수신부에 신호를 전송하는 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 수신부는 피드백 신호를 변조하여 충전 개시, 충전 종료, 배터리 상태 등의 정보를 피드백 신호를 통해 송신기에 전달할 수도 있다. 또한 상기 송신측 통신부(1520)는 상기 송신측 제어부(1510)와 별도로 구성될 수 있고, 상기 수신부(2000) 또한 수신측 통신부(2620)가 수신 장치의 제어부(2610)에 포함되거나 별도로 구성될 수 있다.

또한 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 송신장치(1000)는 검출부(1600)를 추가로 구비할 수 있다.

상기 검출부(1600)는 송신측 교류/직류 변환부(1100)의 입력 신호, 송신측 교류/직류 변환부(1100)의 출력 신호, 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 입력 신호, 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 출력 신호, 송신측 임피던스 매칭부(1300)의 입력 신호, 송신측 임피던스 매칭부(1300)의 출력 신호, 송신측 코일(1400)의 입력 신호 또는 송신측 코일(1400) 상의 신호 중 적어도 하나를 검출할 수 있다. 일 예로, 상기 신호는 전류에 대한 정보, 전압에 대한 정보 또는 임피던스에 대한 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 검출된 신호는 통신 및 제어부(1500)로 피드백되고 이를 기초로 상기 통신 및 제어부(1500)는 송신측 교류/직류 변환부(1100), 송신측 직류/교류 변환부(1200), 송신측 임피던스 매칭부(1300)를 제어할 수 있다. 또한 상기 검출부(1600)의 검출 결과를 기초하여 상기 통신 및 제어부(1500)는 FOD(Foreign object detection)를 수행할 수 있다. 그리고 상기 검출되는 신호는 전압 및 전류 중 적어도 하나일 수 있다. 한편 상기 검출부(1600)는 통신 및 제어부(1500)와 상이한 하드웨어로 구성되거나, 하나의 하드웨어로 구현될 수 있다.

<수신부>

도 4a 및 도 4b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 수신부(또는, 수신 장치)를 나타낸 블록도이다.도 4a를 참조하면, 실시예에 따른 무선전력전송 시스템은 송신장치(1000)와 상기 송신장치(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신부(2000)를 포함할 수 있다. 상기 수신장치(2000)는 상기 송신장치(1000)로부터 전송되는 교류 신호를 수신하는 수신측 공진회로부(201), 상기 수신측 공진회로부(201)로부터의 교류 전력을 전력 변환하여 직류 신호로 출력하는 수신측 전력변환부(202)와 상기 수신측 전력변환부(202)로부터 출력되는 직류 신호를 수신하여 충전되는 부하(2500) 그리고 상기 수신측 공진회로부(201)의 전류 전압을 센싱하거나, 상기 수신측 공진회로부(201)의 임피던스 매칭을 수행하거나, 상기 수신측 전력변환부(202)의 전력 변환을 제어하고, 상기 수신측 전력변환부(202)의 출력 신호의 레벨을 조절하거나, 상기 수신측 전력변환부(202)의 입력 또는 출력 전압이나 전류를 센싱하거나, 상기 수신측 전력변환부(202)의 출력 신호의 상기 부하(2500)로의 공급 여부를 제어하거나, 상기 송신장치(1000)와 통신할 수 있는 수신측 제어부(203)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 수신측 전력변환부(202)는 교류신호를 직류로 변환하는 전력변환부, 직류의 레벨을 가변하여 직류를 출력하는 전력변환부, 직류를 교류로 변환하는 전력변환부를 포함할 수 있다. 또한 도 4b를 참조하면, 실시예에 따른 무선전력전송 시스템은 송신장치(1000)와 상기 송신장치(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신부(또는, 수신 장치)(2000)를 포함할 수 있고, 상기 수신부(2000)는 수신측 코일부(2100) 및 수신측 임피던스 매칭부(2200)로 구성된 수신측 공진회로부(2120), 수신측 교류/직류 변환부(2300), 직류/직류변환부(2400), 부하(2500) 및 수신측 통신 및 제어부(2600)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 교류 신호를 직류 신호로 정류하는 정류부로 지칭할 수 있다.

수신측 코일부(2100)은 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식을 통해 전력을 수신할 수 있다. 이와 같이 전력 수신 방식에 따라서 유도 코일 또는 공진 코일 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 수신측 코일부(2100)는 근거리 통신용 안테나(NFC: Near Field Communication)와 함께 휴대단말에 배치될 수 있다. 그리고 상기 수신측 코일부(2100)은 송신측 코일부(1400)와 동일할 수도 있고, 수신 안테나의 치수는 수신부(200)의 전기적 특성에 따라 달라질 수도 있다.

수신측 임피던스 매칭부(2200)는 송신기(1000)와 수신기(2000) 사이의 임피던스 매칭을 수행한다.

상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 수신측 코일부(2100)으로부터 출력되는 교류 신호를 정류하여 직류 신호를 생성한다. 그리고 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)의 출력 전압은 정류 전압(Vrect)로 지칭할 수 있고, 수신측 통신 및 제어부(2600)는 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)의 출력 전압을 검출하거나 변경할 수 있고, 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)의 출력 전압의 최소값인 최소 정류 전압(Vrect_min)(또는 최소 출력 전압(Vrect_min)으로 지칭), 최대값인 최대 정류 전압(Vrect_max)(또는 최대 출력 전압(Vrect_max)으로 지칭), 상기 최소값과 최대값 사이의 값 중 어느 하나의 전압 값을 가지는 최적 정류 전압(Vrect_set)(또는 최적 출력 전압(Vrect_set)으로 지칭)에 대한 정보와 같은 상태 파라미터 정보를 송신장치(1000)에 전송할 수 있다.

수신측 직류/직류변환부(2400)는 수신측 교류/직류 변환부(2300)에서 출력되는 직류 신호의 레벨을 부하(2500)의 용량에 맞게 조정할 수 있다.

상기 부하(2500)는 배터리, 디스플레이, 음성 출력 회로, 메인 프로세서, 배터리 관리부 그리고 각종 센서들을 포함할 수 있다. 그리고 상기 부하(2500)는 도 4a와 같이 적어도 배터리(2510) 및 배터리 관리부(2520)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 관리부(2520)는 상기 배터리(2510)의 충전 상태를 감지하여 상기 배터리(2510)로 인가되는 전압과 전류를 조절할 수 있다.

수신측 통신 및 제어부(2600)는 송신측 통신 및 제어부(1500)로부터 웨이크-업 전력에 의해 활성화 될 수 있고, 상기 송신측 통신 및 제어부(1500)와 통신을 수행하고, 수신부(2000)의 서브 시스템의 동작을 제어할 수 있다.

상기 수신부(2000)는 단수 또는 복수개로 구성되어 송신장치(1000)로부터 동시에 에너지를 무선으로 전달 받을 수 있다. 즉 자기 공진 방식의 무선전력전송 시스템에서는 하나의 송신장치(1000)로부터 복수의 타켓 수신부(2000)가 전력을 공급받을 수 있다. 이때 상기 송신장치(1000)의 송신측 매칭부(1300)는 복수개의 수신부(2000)들 사이의 임피던스 매칭을 적응적으로 수행할 수 있다. 이는 자기 유도 방식에서 서로 독립적인 수신측 코일부를 복수개 구비하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

또한 상기 수신부(2000)가 복수개로 구성된 경우 전력 수신 방식이 동일한 시스템이거나, 서로 다른 종류의 시스템이 될 수 있다. 이 경우, 송신장치(1000)는 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 시스템이거나 양 방식을 혼용한 시스템일 수 있다.

한편 무선전력전송 시스템의 신호의 크기와 주파수 관계를 살펴보면, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송의 경우, 송신장치(1000)에서 송신측 교류/직류 변환부(1100)은 수십 또는 수백 V대(예를 들어 110V~220V)의 수십 또는 수백 Hz 대(예를 들어 60Hz)의 교류 신호를 인가 받아 수V 내지 수십V, 수백V(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 직류 신호를 인가 받아 KHz대(예를 들어 125KHz)의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 수신부(2000)의 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 KHz대(예를 들어 125KHz)의 교류 신호를 입력 받아 수V 내지 수십V, 수백V대(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 수신측 직류/직류변환부(2400)는 부하(2500)에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 상기 부하(2500)에 전달할 수 있다. 그리고 자기 공진 방식의 무선 전력 전송의 경우, 송신장치(1000)에서 송신측 교류/직류 변환부(1100)은 수십 또는 수백 V대(예를 들어 110V~220V)의 수십 또는 수백 Hz 대(예를 들어 60Hz)의 교류 신호를 인가 받아 수V 내지 수십V, 수백V(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 직류 신호를 인가받아 MHz대(예를 들어 6.78MHz)의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 수신부(2000)의 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 MHz(예를 들어 6.78MHz)의 교류 신호를 입력 받아 수V 내지 수십V, 수백V (예를 들어 10V~20V)의 수신측 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 직류/직류변환부(2400)는 부하(2500)에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 상기 부하(2500)에 전달할 수 있다.

<코일 장치>

도 5는 제1 및 제2 실시예에 따른 코일 장치의 상면도이다. 그리고 도 6은 제1 실시예에 따른 코일 장치로써 도 5의 A, B 일점쇄선을 절단한 단면도이다. 그리고 도 7은 제2 실시예에 따른 코일장치로써 도 5의 A, B 일점쇄선을 절단한 단면이다. 그리고 도 8 및 도 9는 셀프 본딩되는 와이어를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 제1 실시예에 따른 코일 장치(100)는 송신측 코일부(1400) 또는 수신측 코일부(2100) 중 적어도 어느 하나의 코일부이다.

코일장치(100)는 코일(110)과 상기 코일(110)이 실장되는 기판(120)을 포함할 수 있다.

상기 코일(110)은 유도 코일 또는 공진 코일일 수 있다. 또한 상기 코일(110)은 제1 및 제2 코일을 포함할 수 있고, 상기 제1 코일은 유도 코일이고, 상기 제2 코일은 공진 코일일 수 있다.

그리고 상기 코일(110)은 상기 기판(120)의 일 면과 수직한 방향으로의 상기 코일(110)의 단면의 길이, 즉 상기 코일110)의 단면의 폭은 상기 기판(120)의 일면과 평행한 방향으로의 상기 코일(110)의 단면의 길이, 즉 상기 코일(110)의 높이보다 길 수 있다. 또한 상기 코일(110)은 기판(120) 상에 형성된 제1 및 제2 단자(115, 116) 사이에 연결된 와이어(111)를 포함할 수 있다.

상기 와이어(111)는 기판(120)의 일면에 배치되고, 적어도 한번 감기면서(턴(turn) 하면서) 상기 기판(120)에 배치될 수 있다.

또한 상기 와이어(111)는 제1 단자(115)로부터 연장되어 기판(120)의 외측 영역에서부터 상기 기판(120)의 내측 영역 방향으로 복수 회 턴하고, 상기 기판(120)의 내측 영역으로부터 제2 단자(116)까지 연장될 수 있다. 따라서 상기 코일(110)은 하나의 층, 즉 단층으로 상기 기판(120) 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 와이어(111)가 상기 내측 영역으로부터 상기 제2 단자(116)까지 연장될 때, 복수 회 감기어 와이어 상부 방향으로 인출되거나, 복수 회 감기어 와이어 하부 방향, 즉 상기 기판(120)에 면 접촉하며 연장될 수 있다.

또한 상기 코일(110)은 원 형상, 타원 형상, 레이스트랙(racetrack) 형상, 사각형 형상, 삼각(triangular) 형상으로 기판(120)상에 적어도 한번 턴(turn)하며 배치될 수 있다.

상기 기판(120)은 자성시트일 수 있다. 그리고 상기 코일 장치(100)가 송신측 코일부(1400)인 경우, 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 출력 단자에 연결된 제1 및 제2 단자(115, 116)에는 상기 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 교류 신호가 인가될 수 있다. 그리고 상기 제1 단자(115)로 입력된 신호는 와이어(111)를 경유하여 상기 제2 단자(116)로 출력하고, 상기 제2 단자(116)로 입력된 신호는 와이어(111)를 경유하여 상기 제1 단자(115)로 출력한다. 또한 상기 코일 장치(100)가 수신측 코일부(2100)인 경우, 코일(110)로 유도된 전력은 제1 및 제2 단자(115, 116)를 통해 상기 제1 및 제2 단자(115, 116)에 입력 단자가 연결된 수신측 교류/직류 변환부(2300)로 전달될 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 코일(110)은 상기 제1 및 제2 단자(115, 116) 사이에 두 가닥의 와이어가 연결될 수 있다. 즉, 도 8과 같이 제1 와이어(111)와 제2 와이어(112) 각각은 제1 및 제2 단자(115, 116) 사이에 연결될 수 있다. 즉 제1 및 제2 와이어(111, 112)의 일 측은 공통으로 상기 제1 단자(115)에 연결되고, 제1 및 제2 와이어(111, 112)의 타 측은 공통으로 상기 제2 단자(116)에 연결될 수 있다. 그리고 도 9와 같이 상기 제1 및 제2 와이어(112, 113)는 셀프본딩(self -bonding)될 수 있다. 상기 코일(110)은 두 개의 와이어(112, 113)로 이루어져 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 두 개의 와이어보다 더 많은 수의 와이어로 이루어질 수도 있으며, 세 개 이상의 와이어들은 서로 셀프 본딩되어 일 측이 제1 단자(115)에 공통 연결되고, 타측이 제3 단자(116)에 공통 연결될 수 있다.

도 6을 참조하면, 와이어(111)가 두 개의 와이어, 즉 셀프 본딩된 제1 및 제2 와이어(112, 113)인 경우, 상기 제1 및 제2 와이어(112, 113)는 기판(120)의 일면과 수직한 방향으로 적층될 수 있다. 따라서 와이어(111)는 높이(h)에 따른 길이는 두께(t)(달리 표현하면, 기판(120)과 평행한 방향으로의 와이어(111)의 폭(t))에 따른 길이보다 길 수 있다.

또한 상기 와이어(111)가 셀프 본딩된 3개 이상의 와이어로 이루어진 경우, 모든 와이어는 기판(120)의 일면과 수직한 방향으로 적층될 수 있다. 이 경우, 와이어(111)의 높이(h)에 따른 길이는 늘어나지만, 두께(t)(달리 표현하면, 기판(120)과 평행한 방향으로의 와이어(111)의 폭(t))는 근사적으로 거의 동일하게 유지될 수 있다.

도 7을 참조하면, 제2 실시예에 따른 코일 장치(100)의 와이어(111)는 평각 동선일 수 있다. 상기 평각 동선은 사각형 형상, 더 구체적으로 일면과 상기 일면과 수직한 면의 폭이 상이한 직사각형 형상이 될 수 있다.

상기 평각 동선(111)의 높이(h)에 따른 길이는 두께(t)(달리 표현하면, 기판(120)과 평행한 방향으로의 평각 동선(111)의 폭(t))에 따른 길이보다 길 수 있다. 즉, 상기 평각 동선(111)의 단면의 장축은 기판(120)의 일면과 수직하고, 상기 평각 동선(111)의 단면의 단축은 상기 기판(120)의 일면과 평행할 수 있다.

도 10은 제3 및 제4 실시예에 따른 코일부의 상면도이다. 그리고 도 11은 제3 실시예에 따른 코일부로써 도 10의 A, B 일점쇄선을 절단한 단면도이다. 그리고 도 12는 제4 실시예에 따른 코일부로써 도 10의 A, B 일점쇄선을 절단한 단면이다.

도 10을 참조하면, 와이어(111)는 제1 단자(115)로부터 연장되어 기판(120)의 외측 영역에서부터 상기 기판(120)의 내측 영역 방향으로 복수 회 턴하고, 상기 기판(120)의 내측 영역으로부터 다시 상기 기판(120)의 외측 영역 방향으로 복수 회 턴하여 제2 단자(116)까지 연장될 수 있다. 따라서 상기 코일(110)은 두 층으로 상기 기판(120) 상에 배치될 수 있다. 또한 상기 와이어(111)는 두 층이 아닌 세 층 이상으로 상기 기판(120) 상에 배치될 수도 있다.

도 11을 참조하면, 제3 실시예에 따른 코일 장치(100)는 적어도 두 개의 와이어들(112, 113)이 셀프 본딩되어 두 층으로 기판(120) 상에 배치될 수 있다.

또한 도 12를 참조하면, 제4 실시예에 따른 코일 장치(100)의 와이어(111)는 평각 동선일 수 있고, 두 층으로 기판(120) 상에 배치될 수 있다.

한편 제1 및 제3 실시예에 따른 제1 및 제2 와이어(112, 113) 각각은 단선(Solid Wire)인 에나멜동선이 될 수 있고, 에나멜동선인 제1 및 제2 와이어(112, 113)가 기판(120) 상에 적층되는 형태로 배치되도록 셀프 본딩될 수 있다. 또한 상기 제1 및 제3 실시예에 따른 제1 및 제2 와이어(112, 113) 각각은 리츠(litz) 와이어가 될 수도 있다. 상기 리츠 와이어는 극세선의 복수의 에나멜동선을 일정한 피치로 꼬은 동선을 의미한다. 상기 리츠 와이어 두 개는 기판(120)의 일면에서 적층될 수 있도록 셀프 본딩될 수 있다.

도 13은 NFC 코일을 더 포함하는 코일부를 나타낸 단면도이다.

도 13을 참조하면, 실시예에 따른 코일 장치(100)는 코일(110)을 둘러싸며 기판(120) 상에 배치되는 NFC 코일(130)을 더 포함할 수 도 있다.

한편 실시예에 따른 코일 장치(100)의 제조 방법은 제1 및 제2 단자(115, 116)를 구비한 기판(120)을 마련하는 단계, 복수의 와이어(112, 113)가 서로 상기 기판(120) 상에 적층되도록, 더욱 구체적으로 상기 기판(120)의 일면과 수직한 방향으로 배치되도록 상기 복수의 와이어(112, 113)를 셀프 본딩하는 단계, 상기 복수의 와이어(112, 113)를 상기 기판(120)상에 배치하며 상기 제1 및 제2 단자(115, 116)에 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 또한 상기 코일 장치(100)는 무선전력전송장치(1000)의 송신 코일부(1400)일 수 있고, 무선전력수신장치(2000)의 수신 코일부(2100)일 수 있다.

도 14 및 도 15는 비교예에 따른 코일부의 단면도이고, 도 16은 코일 상의 전류에 따른 충전 효율을 나타낸 그래프이다.

도 6 및 도 14을 참조하면, 비교예인 도 14 상의 와이어(111)와 같이 셀프 본딩된 제1 및 제2 와이어(112, 113)를 기판(120)의 일 면과 수평한 방향으로 배치한 경우, 와이어(111)의 높이(h)에 따른 길이는 두께(t)에 따른 길이보다 짧다. 따라서 도 6의 제1 실시예에 따른 코일 장치(100)는 기판(120)의 내측 영역에서 서로 마주하는 내측 와이어(111)들 사이의 거리(L1)는 도 14 상의 대응하는 거리(L3)보다 길다. 따라서 기판(120)의 내측 영역의 면적이 늘어나므로, 동일 기판(120)의 면적 대비 실시예는 더 많은 코일을 감을 수 있는 이점이 있다.

마찬가지로 도 7 및 도 15를 참조하면, 비교예인 도 15 상의 평각 동선(111)의 단축 방향이 기판(120)의 일면과 수직하고, 장축 방향이 기판(120)의 일면과 평행한 경우, 평각 동선(111)의 높이(h)에 따른 길이는 두께(t)에 따른 길이보다 짧다. 따라서 도 7의 제2 실시예에 따른 코일 장치(100)는 기판(120)의 내측 영역에서 서로 마주하는 내측 와이어(111)들 사이의 거리(L2)는 도 15 상의 대응하는 거리(L4)보다 길다. 따라서 기판(120)의 내측 영역의 면적이 늘어나므로, 동일 기판(120)의 면적 대비 실시예는 더 많은 코일을 감을 수 있다.

	100kHz 교류 신호 인가
	인덕턴스(L)	저항(R)	양호도(Q)
실시예	10.763	0.258	26.21
비교예	9.28	0.303	19.24

또한 표1을 참조하면, 도 6 및 도 7에 따른 본 발명의 실시예는 도 14 및 도 15와 같은 비교예 대비 인덕턴스(L) 값이 크게 나타나고, 저항(R) 값이 더 줄어듬을 알 수 있다. 따라서 실시예는 비교예 대비 품질지수인 양호도(Q)가 증가함을 알 수 있다. 또한 도 16에 따르면 실시예는 비교예 대비 코일(110) 상에 흐르는 동일 전류 하에서 더 높은 충전 효율을 보임을 알 수 있다. 따라서 실시예와 비교예가 동일한 양의 금속 물질, 일 예로 동일한 양의 구리를 이용하여 와이어를 만들어 코일부를 구성하는 경우, 실시예는 비교예 대비 더 적은 저항값을 가지므로, 전력 손실이 적고, 와이어를 더 얇게 만들 수 있어, 기판(120)의 공간 상의 제약을 극복할 수 있다. 그리고 충전 효율을 1% 상승시키는 것이 기술적으로 매우 어려운 것임을 고려해볼 때, 실시예는 비교예 대비 동일 전류 하에서 1% 가까이 충전 효율을 향상시킬 수 있는 현저한 효과를 가진다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

101 전력변환부
102 송신측 공진회로부
103 제어부
1100 송신측 교류/직류 변환부
1110 정류기
1120 송신측 직류/직류 변환부
1200 송신측 직류/교류 변환부
1300 송신측 임피던스 매칭부
1400 송신 코일부
1500 송신측 통신 및 제어부
1510 송신측 제어부
1520 송신측 통신부
1600 검출부
2000 수신장치
2100 수신측 코일부
201, 2120 수신측 공진회로부
2200 수신측 임피던스 매칭부
202 수신측 전력변환부
2300 수신측 교류/직류 변환부
2400 수신측 직류/직류 변환부
2500 부하부
2510 배터리
2520 배터리 관리부
2600 수신측 통신 및 제어부
203, 2610 수신측 제어부
2620 수신측 통신부
100 코일 장치
110 코일
111 와이어, 평각 동선
112 제1 와이어
113 제2 와이어
115 제1 단자
116 제2 단자
120 기판
130 NFC 코일

Claims

기판; 및
상기 기판의 일 면에 적어도 한번 감기며 배치된 코일;을 포함하고,
상기 기판의 일 면과 수직한 상기 코일의 단면의 높이는 상기 기판의 일면과 평행한 상기 코일의 단면의 폭보다 긴 코일 장치.
제1 항에 있어서,
상기 코일은 상기 기판 상의 제1 및 제2 단자 사이에 연결되고 셀프 본딩(self-bonding)된 복수의 와이어를 포함하는 코일 장치.
제2 항에 있어서,
상기 복수의 와이어 각각은 단선(Solid Wire)인 코일 장치.
제1 항에 있어서,
상기 코일은 평각 동선인 코일 장치.
제2 항에 있어서,
상기 복수의 와이어 각각은 리츠(Litz) 와이어인 코일 장치.
제1 항에 있어서,
상기 코일은 유도 코일 또는 공진 코일인 코일 장치.
제1 및 제2 단자를 포함하는 기판; 및
상기 기판의 일 면에 배치되고, 적어도 한번 감기며 배치된 제1 코일;을 포함하고,
상기 제1 코일은 상기 기판 상에 적층되도록 셀프 본딩된 복수의 와이어를 포함하고,
상기 복수의 와이어의 일 측은 제1 단자에 공통으로 연결되고, 타 측은 제2 단자에 공통으로 연결되는 코일 장치.
제7 항에 있어서,
상기 복수의 와이어 각각은 단선(Solid Wire)인 코일 장치.
제7 항에 있어서,
상기 복수의 와이어 각각은 리츠(Litz) 와이어인 코일 장치.
제7 항에 있어서,
상기 복수의 와이어 각각은 평각 동선인 코일 장치.
제7 항에 있어서,
상기 제1 코일은 유도 코일인 코일 장치.
제11 항에 있어서,
상기 기판 상에 적층되도록 셀프 본딩된 복수의 와이어를 포함하는 제2 코일을 더 포함하고,
상기 제2 코일은 공진 코일인 코일 장치.
제1 및 제2 단자를 구비한 기판을 마련하는 단계;
복수의 와이어가 서로 상기 기판 상에 적층되도록 상기 복수의 와이어를 셀프 본딩하는 단계;
상기 복수의 와이어를 상기 기판 상에 배치하며 상기 제1 및 제2 단자에 연결하는 단계;를 포함하는 코일 장치의 제조 방법.
제13 항에 있어서,
상기 복수의 와이어 각각은 단선(Solid Wire)인 코일 장치의 제조 방법.
제13 항에 있어서,
상기 복수의 와이어 각각은 리츠(Litz) 와이어인 코일 장치의 제조 방법.
제1 항 또는 제7 항에 따른 코일 장치를 포함하는 무선전력전송장치.
제1 항 또는 제7 항에 따른 코일 장치를 포함하는 무선전력수신장치.