KR20170135116A - 공진 모듈 및 그를 이용한 무선 전력 송신 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 기술적 측면에 따른 무선 전력 송신 장치는, 직류 전압을 입력받고, 스위칭하여 제1 교류 전압을 출력하는 스위치부, 상기 제1 교류 전압을 제1 압전 소자로 입력받고, 상기 제1 압전 소자의 기계적 진동에 의하여 유발된 제2 압전 소자의 기계적 진동에 대응하는 제2 교류 전압을 출력하는 압전 변압기 및 상기 제2 교류 전압을 입력받아 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 공진기를 포함할 수 있다.

Description

공진 모듈 및 그를 이용한 무선 전력 송신 장치{RESONANCE APPARATUS AND APPARATUS FOR TRANSMITTING POWER WIRELESSLY USING THE SAME}
본 발명은 공진 모듈 및 그를 이용한 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.
무선 기술의 발전에 따라, 무선 기술은 데이터뿐만 아니라 전력까지 전송하는 등 다양하게 발전되고 있다. 특히, 최근에는 비 접촉 상태에서도 전자 기기에 전력 충전이 가능한 무선 전력 충전 기술이 개발되고 있다.
종래의 무선 전력 충전을 위한 송신기는, 상용 교류 전압을 직류로 정류 및 평활하여 직류 전원을 생성하고, 생성된 직류 전원를 변압하여 무선으로 전력을 송신하였다. 예컨대, 상용 교류 전원으로부터 5V의 직류 전원을 생성하는 어댑터와, 어댑터로부터 5V의 직류 전원을 입력받고, 이를 고전압으로 변압 후 교류화하여 무선으로 전력을 송신하였다.
따라서, 이러한 종래의 무선 전력 충전 장치는 별도의 어댑터를 가지고 다녀야 하며, 또한 변압 회로 등 복잡한 회로 구성이 필요하므로 소형화가 어려운 문제가 있다.
한국 공개특허공보 제2006-0101969호 한국 공개특허공보 제2000-0003907호 일본 공개특허공보 제2015-050848호
본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은, 변압 회로의 크기를 축소시킬 수 있으며, 그에 따라 무선 전력 송신 장치의 소형화 및 박형화를 달성할 수 있는 공진 모듈 및 그를 이용한 무선 전력 송신 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 기술적 측면은 무선 전력 송신 장치를 제안한다. 상기 무선 전력 송신 장치는, 직류 전압을 입력받고, 스위칭하여 제1 교류 전압을 출력하는 스위치부, 상기 제1 교류 전압을 제1 압전 소자로 입력받고, 상기 제1 압전 소자의 기계적 진동에 의하여 유발된 제2 압전 소자의 기계적 진동에 대응하는 제2 교류 전압을 출력하는 압전 변압기 및 상기 제2 교류 전압을 입력받아 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 공진기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 측면은 무선 전력 송신 장치의 공진 모듈을 제안한다. 상기 공진 모듈은, 제1 교류 전압을 제1 압전 소자로 입력받고, 상기 제1 압전 소자의 기계적 진동에 의하여 유발된 제2 압전 소자의 기계적 진동에 대응하는 제2 교류 전압을 출력하는 압전 변압기 및 상기 제2 교류 전압을 입력받아 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 공진기를 포함할 수 있다.
상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 전력 송신 장치는, 변압 회로의 크기를 축소시킬 수 있으며, 그에 따라 무선 전력 송신 장치의 소형화 및 박형화를 달성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 일 적용예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 설명하는 블록 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치의 일 실시예를 도시하는 회로도이다.
도 4는 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치의 다른 일 실시예를 도시하는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 설명하는 블록 구성도이다.
도 6 및 도 7은 도 1 (확인 부탁)에 도시된 압전 변압기의 다양한 실시예들을 도시하는 도면이다.
도 8은 압전 변압기의 주파수에 대한 전압 이득의 특성을 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서, 무선 전력 송신 장치의 주파수에 대한 전압 이득의 특성을 도시하는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 '~사이에'와 '바로 ~사이에' 또는 '~에 이웃하는'과 '~에 직접 이웃하는' 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 일 적용예를 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 무선 전력 수신 장치(200)에 인접하여, 무선 전력 수신 장치(200)와 자기적으로 결합-예컨대, 자기 공진이나 자기 유도-하여 무선으로 전력을 수신할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는 수신한 전력을 전자 기기(300)에 제공할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(200)는 전자 기기(300)의 일 구성으로서 구현되거나, 또는 전자 기기(300)에 전기적으로 연결되는 별도의 장치일 수 있다.
도시된 예에서는 무선 전력 수신 장치(200)와 무선 전력 송신 장치(100)가 일부 이격되어 있으나, 이는 예시적인 것으로서, 실제로는 무선 전력 수신 장치(200)와 무선 전력 송신 장치(100)는 서로 접촉하거나 또는 인접할 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전력 송신 장치(100)는 상용 교류 전원을 직접 입력받아 구동될 수 있다. 즉, 종래의 무선 전력 송신 장치는 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전원 공급 장치를 요구하던 점과 다르게, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 상용 교류 전원을 직접 입력받아 동작할 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신 장치(100)는 휴대가 용이하고 소형화 가능한 장점이 있다.
이하에서는, 도 2 내지 도 7을 참조하여, 무선 전력 송신 장치(100)의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 설명하는 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 스위치부(110), 압전 변압기(120) 및 공진기(130)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 무선 전력 송신 장치(100)는 제어부(140) 또는 교류 직류 변환기(150)를 더 포함할 수 있다.
교류 직류 변환기(150)는 교류 전압을 입력받아 직류 전압을 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 교류 직류 변환기(150)는 상용 교류 전압을 입력받고, 상용 교류 전압을 정류 및 평활하여 직류 전압을 제공할 수 있다.
스위치부(110)는 직류 전압으로부터 교류 전압을 생성하여 압전 변압기(120)의 1차측에 제공할 수 있다. 즉, 스위치부(110)는 상기 직류 전압을 입력받고 스위칭 동작하여 교류 전압을 출력할 수 있다.
압전 변압기(120)는 물리적으로 상호 영향을 주고 받는 1차 측, 즉, 제1 압전 소자와 2차측, 즉, 제2 압전 소자를 포함할 수 있다.
압전 변압기(120)는 스위치부(110)에서 제공된 제1 교류 전류를 제1 압전 소자로 입력을 수 있다. 상기 제1 교류 전류는 제1 압전 소자에 진동을 유발할 수 있으며, 제1 압전 소자의 진동은 제2 압전 소자에 진동을 유발할 수 있다. 제1 압전 소자에 의하여 유발된 제2 압전 소자의 기계적 진동으로부터, 제2 압전 소자는 그에 대응하는 제2 교류 전압을 출력할 수 있다.
공진기(130)는 제2 교류 전압을 입력받아 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신할 수 있다. 공진기(130)의 다양한 실시예에 대해서는 도 3 내지 도 4를 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.
제어부(140)는 스위치부(110)에 스위칭 제어 신호를 제공하여 스위치부(110)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
제어부(140)의 스위칭 제어에 따라, 공진기(130)의 출력이 가변될 수 있으며, 이를 위하여 제어부(140)는 펄스 폭 변조 방식이나, 주파수 변조 방식 등 다양한 변조 방식을 적용하여 스위칭 제어를 할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치의 일 실시예를 도시하는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(101)는 스위치부(111), 압전 변압기(121), 공진기(131) 및 교류 직류 변환 회로(151)를 포함할 수 있다
교류 직류 변환 회로(151)는 정류 회로(D1 내지 D4) 및 평활 커패시터(Cin)을 포함할 수 있다. 정류 회로(D1 내지 D4)는 전파 정류회로로 도시되어 있으나, 반파 정류회로 등 다양한 정류 회로가 적용될 수도 있다.
평활 커패시터(Cin)는 평활된 직류 전압을 스위치(111)에 제공할 수 있다.
스위치부(111)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 동작하는 복수의 스위치(S1, S2)를 포함할 수 있다. 제어부(미도시)는 복수의 스위치(S1,S2) 각각에 스위칭 제어 신호를 제공하여 복수의 스위치(S1,S2)를 각각 제어할 수 있다.
도시된 예에서, 스위치부(111)는 하프 브리지 인버터가 적용되어 있으나, 풀 브리지 인버터 등 다양한 인버터가 적용될 수 있다.
스위치부(111)에서 제공된 교류 전류는 압전 변압기(121)의 1차측 제1 압전 소자로 입력되고, 제1 압전기의 진동에 의하여 제2 압전기에 진동이 유발되면, 제2 압전기는 전류를 공진기(131)에 제공하게 된다.
공진기(131)는 공진 코일로 구성될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 공진기(131)는 공진 커패시터가 존재하지 않은 실시 형태이다.
따라서, 본 실시예에서, 무선 전력 송신 장치의 공진 주파수는 압전 변압기(121)의 공진 주파수에 의하여 결정될 수 있다.
공진기(131)에 공진 커패시터가 존재하지 않으므로, 스위치부(111)는 압전 변압기(121)의 공진 주파수에 대응되는 주파수로 스위칭 동작할 수 있다. 즉, 압전 변압기(121)에 입력되는 교류 전류의 주파수가 압전 변압기(121)의 공진 주파수에 대응되므로, 압전 변압기의 출력 효율이 최대화될 수 있다.
한편, 무선 전력 송신 장치의 출력은 조절될 수 있으므로, 제어부(미도시)는 스위치부(111)의 동작 주파수를 압전 변압기(121)의 공진 주파수로 고정하고, 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 변조하여 공진기(131)의 출력을 조절할 수 있다.
본 실시예의 경우, 압전 변압기(121)의 최대 효율을 기반으로 동작하여 출력 효율이 증대되고, 커패시터가 요구되지 않으므로 소형화가 가능하다.
도 4는 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치의 다른 일 실시예를 도시하는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(102)는 스위치부(112), 압전 변압기(122), 공진기(132) 및 교류 직류 변환 회로(152)를 포함할 수 있다
스위치부(112), 압전 변압기(122) 및 교류 직류 변환 회로(152)에 대한 설명은 도 3을 참조하여 상술한 바를 참조하여 쉽게 이해할 수 있다.
공진기(132)는 공진 커패시터(Cr) 및 공진 코일(Lr)을 포함할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서, 무선 전력 송신 장치의 공진 주파수는 공진기(132)의 공진 주파수와 압전 변압기(122)의 공진 주파수에 의하여 결정될 수 있다.
스위치부(112)는 압전 변압기의 공진 주파수에 대응되는 제1 주파수로 스위칭 되거나, 또는 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수로 스위칭될 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 제어부(미도시)는 스위치부(112)의 동작 주파수를 변경하여 무선 전력 송신 장치의 출력을 조절할 수 있으며, 이러한 스위치부(112)의 동작 주파수는 압전 변압기의 효율이 높은 압전 변압기의 공진 주파수에 대응될 수도 있고, 또는 그와 다른 주파수일 수 도 있다.
즉, 공진기(132)의 주파수에 대한 이득 특성은 주파수에 대해 넓게 형성되는 반면, 압전 변압기(122)의 주파수에 대한 이득 특성은 주파수에 대해 좁게 형성되는 특징을 진다. 따라서, 본 실시예에서 무선 전력 송신 장치(102) 전체의 주파수에 대한 이득 특성은 공진기(132)의 주파수에 대한 이득 특성과 압전 변압기(122)의 주파수에 대한 이득 특성이 모두 영향을 미쳐서 결정되므로, 두 이득 특성의 중간값에 해당하는 특성을 가지게 된다. 결국, 무선 전력 송신 장치(102)는 주파수 변화가 발생하여도 이득의 손실이 비교적 적어지게 되므로, 주파수 제어 방식의 스위칭 조절을 통해서도 안정적인 성능을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 설명하는 블록 구성도이다. 도 5에 도시된 일 실시예는, 상용 교류 입력 전원의 변화에 대응하여 스위칭 제어를 변경하는 실시예에 관한 것이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(103)는 스위치부(113), 압전 변압기(123), 공진기(133), 제어부(143), 교류 직류 변환기(153) 및 검출기(163)을 포함할 수 있다.
스위치부(113), 압전 변압기(123), 공진기(133) 및 교류 직류 변환기(153)에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 상술한 바로부터 쉽게 이해할 수 있다.
검출기(163)는 상용 교류 전압의 피크 전압 레벨을 측정할 수 있다.
검출기(163)는 주기적으로 상용 교류 전압의 피크 전압 레벨을 측정할 수 있으며, 따라서, 검출기(163)의 출력의 변화로부터 상용 교류 전압의 변화를 확인할 수 있다.
제어부(143)는 상용 교류 전압의 피크 전압 레벨의 변화에 대응하여, 스위치부(113)에 제공되는 스위칭 제어 신호를 조절 -예를 들어, 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 변조하거나, 또는 주파수를 조절-할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(143)는 상용 교류 전압의 피크 전압 레벨이 일정 레벨을 초과하면, 초과된 전압 레벨에 대응하여 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 줄일 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(143)는 상용 교류 전압의 피크 전압 레벨이 일정 레벨 미만이면, 감소된 전압 레벨에 대응하여 상기 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 늘일 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(143)는 상용 교류 전압의 피크 전압 레벨이 일정 레벨을 초과하면, 초과된 전압 레벨에 대응하여 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 증가시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(143)는 상용 교류 전압의 피크 전압 레벨이 일정 레벨 미만이면, 감소된 전압 레벨에 대응하여 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 제어부(143)는 상용 교류 전압의 입력값의 변화에 대응하여, 스위칭 제어를 조절함으로써, 압전 변압기의 입력을 일정하게 유지할 수 있으므로, 그에 따라 압전 변압기의 출력 특성을 안정시키고 또한 무선 전력 송신 장치의 출력을 일정하게 제어할 수 있다.
도 6 및 도 7은 도 1에 도시된 압전 변압기의 다양한 실시예들을 도시하는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면형 압전 변압기의 일 예를 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 압전 변압기(120)는 서로 전기적으로 분리된 제1 압전 소자(610)와 제2 압전 소자(620)를 포함한다. 제1 압전 소자(610)는 입력 압전 소자, 제2 압전 소자(620)는 출력 압전 소자일 수 있다.
입력 압전 소자(610)는 제1 방향으로 적층된 복수의 압전층(613)과, 그의 외측에 형성되는 입력 전극들(611, 612)를 포함할 수 있다. 입력 전극들(611, 612)을 통해 입력 전압이 인가될 수 있다.
출력 압전 소자(620)는 제2 방향으로 적층된 복수의 압전층(623)과, 그의 외측에 형성되는 출력 전극들(621, 622)을 포함할 수 있다. 출력 전극들(621, 622)을 통해 출력 전류가 출력될 수 있다.
복수의 압전층들(613, 623) 내에는 교차로 내부전극(미도시)이 형성될 수 있고, 이러한 내부전극은 극성에 따라 입력 전극 또는 출력 전극들에 연결될 수 있다.
도시된 예와 같이, 입력 압전층(613)과 출력 압전층(623)의 분극 방향은 서로 다를 수 있다. 도시된 예에서는 입력 압전 소자(610)의 분극 방향은 두께 방향으로 형성되고, 출력 압전 소자(620)의 분극 방향은 길이 방향으로 형성되어 있다.
다만, 이는 예시적인 것으므로, 실시예에 따라 입력 압전층(613)과 출력 압전층(623)의 분극 방향은 동일하게 구현될 수도 있다.
입력 압전 소자(610)에 교류 전원이 인가되면 입력 압전 소자(610)은 진동하게 되고, 이러한 진동에 의하여 출력 압전 소자(620)에 진동이 유발될 수 있다. 출력 압전 소자(620)는 이와 같이 유발된 진동으로부터 전기 에너지를 생성하여 전류를 출력할 수 있다.
절연층(630)은 입력 압전 소자(610)와 출력 압전 소자(620) 사이에서 형성되어, 입력 압전 소자(610)와 출력 압전 소자(620)을 서로 전기적으로 절연시킬 수 있다.
절연층(630)은 절연성을 갖는 재질로서 다양한 재질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 절연층(630)은 절연성이 높은 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 또는 절연층(630)은 수지 재질의 시트(sheet) 또는 필름(film) 형태로 형성될 수 있다.
다른 예를 들어, 절연층(630)은 절연성을 가지며, 동시에 연성을 갖는 박막 필름이 이용될 수 있다. 이는, 세라믹 재질로 절연층(630)을 형성하는 경우, 진동에 의한 피로도가 증가하게 되어 절연층(630)에 균열이 발생하거나 파손될 수 있기 때문이다. 또는 세라믹 재질의 강성으로 인해 입력 압전 소자(610)의 진동이 출력 압전 소자(620)로 원활하게 전달되지 않을 수 있기 때문이다.
일 실시예에서, 절연층(630)의 내부에는 적어도 하나의 중공이 형성될 수 있다. 중공은 공기가 채워지거나, 진공 상태인 빈 공간으로 형성되므로, 중공을 통해 입력 압전 소자(610)와 출력 압전 소자(620)가 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 중공이 형성된 절연층(630)은 중공이 없는 경우보다 실제적인 부피가 매우 감소되며, 최소한의 면적으로 입력 압전 소자(610)의 진동의 감쇄를 최소화하면서 효율적으로 출력 압전 소자(620)로 진동을 전달할 수 있다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 압전 변압기의 일 예를 도시하고 있다.
도 7을 참조하면, 압전 변압기(120)는, 도 6을 참조하여 상술한 바와 같이, 서로 전기적으로 분리된 제1 압전 소자(710), 제2 압전 소자(720) 및 두 압전 소자 사이에 위치하는 절연층(730)을 포함할 수 있다.
다만, 도 6에 도시된 실시예와 달리, 도 7에 도시된 실시예에서 압전 변압기(120)는 입력 압전 소자(710)와 출력 압전 소자(720)가 동일한 방향으로 적층될 수 있다.
즉, 도시된 예의 경우, 입력 압전 소자(710)의 복수의 압전층(713)이 제1 방향-도시된 예에서는, 높이 방향-으로 적층되어 형성되고, 출력 압전 소자(720)의 복수의 압전층(723) 또한 상기 제1 방향으로 적층되어 형성될 수 있다.
입력 압전 소자(710)는 제1 방향으로 적층된 복수의 압전층(713)과, 그 양 면에 형성된 입력 전극들(711, 712)를 포함할 수 있다.
출력 압전 소자(720)는 제1 방향으로 적층된 복수의 압전층(723)과, 그 양 면에 형성된 출력 전극들(721, 722)을 포함할 수 있다.
입력 압전 소자(710)에 교류 전원이 인가되면 입력 압전 소자(710)는 상하 방향의 진동을 발생시키고, 이는 출력 압전 소자(720)에 상하 방향의 진동을 유발할 수 있다. 출력 압전 소자(720)는 그와 같이 유발된 진동으로부터 교류 전류를 생성할 수 있다.
절연층(730)에 대해서는 도 6를 참조하여 상술한 바로부터 쉽게 이해할 수 있다.
도 8은 압전 변압기의 주파수에 대한 전압 이득의 특성을 도시하는 그래프이다.
도 8에 도시된 그래프는, 압전 변압기의 주파수에 대한 전압 이득의 특성을 나타내고 있다.
도 3을 참조하여 설명한 실시예는, 공진기(131)에 커패시터가 존재하지 않으므로, 무선 전력 송신 장치 자체의 주파수에 대한 전압 이득의 특성은, 도 8에 도시된 그래프와 유사한 특징을 가질 수 있다.
도시된 그래프에서 알 수 있듯이, 압전 변압기는 주파수의 변화에 따라 이득의 변화량이 크게 된다. 따라서, 압전 변압기는 충분한 이득을 확보할 수 있는 특정 주파수 범위, 예컨대, 공진 주파수 등에서 동작하는 것이 보다 높은 효율을 확보하는 방안이 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서, 무선 전력 송신 장치의 주파수에 대한 전압 이득의 특성을 도시하는 그래프이다.
도 9에 도시된 그래프는, 도 4를 참조하여 설명한 실시예와 같이, 공진기(132)에 커패시터가 포함되는 경우의 전압 이득 특성을 도시하고 있다.
도 9를 참조하면, 실선으로 표기된 그래프(910)는 압전 변압기의 주파수에 대한 전압 이득의 특성을 도시하고 있고, 1점 쇄선으로 표기된 그래프(920)는 공진기(132)의 주파수에 대한 전압 이득의 특성을 도시하고 있다.
따라서, 무선 전력 송신 장치는, 압전 변압기의 특성과 공진기의 특성이 모두 반영되어, 점선으로 표기된 그래프(930)와 같은 주파수에 대한 전압 이득의 특성을 가지게 된다.
도시된 무선 전력 송신 장치의 주파수에 대한 전압 이득의 특성(930)은, 도 8에 도시된 예에 비하여, 주파수에 의한 전압 이득의 변화량이 완화되었음을 알 수 있다. 따라서, 이러한 실시예의 경우, 주파수 변조 방식을 사용하는 경우에도 충분한 출력 효율을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100 : 무선 전력 송신 장치
200 : 무선 전력 수신 장치
300 : 전자 기기
110, 111, 112, 113 : 스위치부
120, 121, 122, 123 : 압전 변압기
130, 131, 132, 133 : 공진기
140, 143 : 제어부
150, 151, 152, 153 : 교류 직류 변환기
163 : 검출기

Claims (15)

  1. 직류 전압을 입력받고, 스위칭하여 제1 교류 전압을 출력하는 스위치부;
    상기 제1 교류 전압을 제1 압전 소자로 입력받고, 상기 제1 압전 소자의 기계적 진동에 의하여 유발된 제2 압전 소자의 기계적 진동에 대응하는 제2 교류 전압을 출력하는 압전 변압기; 및
    상기 제2 교류 전압을 입력받아 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 공진기;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공진기는
    공진 코일로 구성되고,
    상기 스위치부는
    상기 압전 변압기의 공진 주파수에 대응되는 주파수로 스위칭되는 무선 전력 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는
    상기 스위치부에 스위칭 제어 신호를 제공하여 상기 스위치부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부;
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 변조하여 상기 공진기의 출력을 조절하는 무선 전력 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공진기는
    공진 커패시터 및 공진 코일을 포함하고,
    상기 스위치부는
    상기 압전 변압기의 공진 주파수에 대응되는 제1 주파수 또는 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수로 스위칭되는 무선 전력 송신 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공진기의 이득 특성은
    상기 압전 변압기의 이득 특성 보다 넓은 주파수 대역을 가지는 무선 전력 송신 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는
    상용 교류 전압을 입력받아 상기 직류 전압을 출력하는 교류 직류 변환기;
    를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는
    상기 상용 교류 전압의 피크 전압 레벨을 측정하는 검출기; 및
    상기 스위치부에 스위칭 제어 신호를 제공하여 상기 스위치부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부;
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 피크 전압 레벨의 변화에 대응하여 상기 스위칭 제어 신호의 펄스 폭 또는 주파수를 조절하는 무선 전력 송신 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 상용 교류 전압의 피크 전압 레벨이 일정 레벨을 초과하면, 초과된 전압 레벨에 대응하여 상기 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 줄이는 무선 전력 송신 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 상용 교류 전압의 피크 전압 레벨이 일정 레벨 미만이면, 감소된 전압 레벨에 대응하여 상기 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 늘이는 무선 전력 송신 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 상용 교류 전압의 피크 전압 레벨이 일정 레벨을 초과하면, 초과된 전압 레벨에 대응하여 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 증가시키는 무선 전력 송신 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 상용 교류 전압의 피크 전압 레벨이 일정 레벨 미만이면, 감소된 전압 레벨에 대응하여 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 감소시키는 무선 전력 송신 장치.
  12. 제1 교류 전압을 제1 압전 소자로 입력받고, 상기 제1 압전 소자의 기계적 진동에 의하여 유발된 제2 압전 소자의 기계적 진동에 대응하는 제2 교류 전압을 출력하는 압전 변압기; 및
    상기 제2 교류 전압을 입력받아 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 공진기;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 공진 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 공진기는
    공진 코일로 구성되고,
    상기 제1 교류 전압은
    상기 압전 변압기의 공진 주파수에 대응되는 주파수를 가지는 무선 전력 송신 장치의 공진 모듈.
  14. 제12항에 있어서, 상기 공진기는
    공진 커패시터 및 공진 코일을 포함하고,
    상기 제1 교류 전압은
    상기 압전 변압기의 공진 주파수에 대응되는 제1 주파수 또는 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수를 가지는 무선 전력 송신 장치의 공진 모듈.
  15. 제14항에 있어서, 상기 공진기의 이득 특성은
    상기 압전 변압기의 이득 특성 보다 넓은 주파수 대역을 가지는 무선 전력 송신 장치의 공진 모듈.
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