KR20180022523A - Apparatus for providing wireless power - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선전력 전송 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전체 표면에 배치된 무선전력 전송 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a radio power transmission apparatus, and more particularly to a radio power transmission apparatus disposed on a rotating body surface.
무선 전력 전송은 전자파 방사(electromagnetic wave radiation) 방식과 자기장 유도 결합(inductive coupling) 방식으로 분류될 수 있다. 자기장 유도 결합 방식은 공진 결합 여부에 따라 단순 유도 결합 방식과 공진 결합 방식으로 분류될 수 있다.Wireless power transmission can be classified into an electromagnetic wave radiation method and an inductive coupling method. The magnetic induction coupling method can be classified into a simple inductive coupling method and a resonant coupling method depending on the resonance coupling.
단순 유도 결합 방식에 있어, 전원은 일차 코일이 시간에 따라 변하는 자기장을 형성하도록 구동한다. 시간에 따라 변하는 자기장은 이차 코일의 양단에 전압을 야기시킨다. 야기된 전압은 부하 저항으로 전달된다. 단순 유도 결합 방식을 이용한 무선 전력 전송은 전동 칫솔을 비롯한 가전 제품들에 광범위하게 사용되고 있다. 그러나, 유도 결합 방식은 장거리 전력 전송 에서의 낮은 전송 효율 문제, 와전류에 의한 발열 문제, 그리고 복수의 기기들을 충전하는 경우의 문제를 가지고 있다.In simple inductive coupling, the power source drives the primary coil to form a magnetic field that varies with time. A time-varying magnetic field causes a voltage across the secondary coil. The induced voltage is transferred to the load resistance. Wireless power transmission using simple inductive coupling is widely used in electric appliances including electric toothbrushes. However, the inductive coupling method has a problem of low transmission efficiency in long-distance power transmission, heat generation due to eddy current, and charging of plural devices.
공진 결합 방식은 송신기와 수신기가 같은 주파수에서 공진할 경우에 전자파가 근거리 전자장을 통하여 송신기에서 수신기로 이동하는 감쇄파 결합에 기반을 두고 있다. The resonant coupling scheme is based on the combination of attenuation waves in which electromagnetic waves travel from transmitter to receiver through a short - range electromagnetic field when the transmitter and the receiver resonate at the same frequency.
따라서, 송신기와 수신기의 공진 주파수가 동일할 때만 에너지가 전달되고, 사용되지 않는 에너지는 재흡수될 수 있다. 또한, 다른 전력 전달 방식과는 달리 주변의 기계나 인체에 영향을 미치지 않는다. 결국, 공진 결합 방식은 유도 결합 방식에 비해 장거리의 전력 전송이 가능하다.Therefore, energy is transmitted only when the resonant frequencies of the transmitter and the receiver are the same, and unused energy can be re-absorbed. Also, unlike other power transmission methods, it does not affect the surrounding machines or human body. As a result, the resonant coupling method can transmit power over a long distance compared to the inductive coupling method.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 무선전력 전송효율이 향상된 무선전력 전송 장치를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a wireless power transmission apparatus with improved wireless power transmission efficiency.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 실시예에 따른 무선전력 전송 장치는 회전체의 표면을 감싸는 수신 코일 및 상기 수신 코일을 감싸는 송신 코일부를 포함하되, 상기 수신 코일은 상기 회전체의 장축 방향에 평행하는 제 1 부분들, 및 상기 제 1 부분들의 일 단부들을 연결하는 제 2 부분을 포함할 수 있다.A wireless power transmission apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a receiving coil that surrounds a surface of a rotating body and a transmitting coil portion that surrounds the receiving coil, the receiving coil includes first portions that are parallel to the major axis direction of the rotating body And a second portion connecting one ends of the first portions.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전체의 장축 방향(즉, X 방향)에 평행한 제 1 부분들을 갖는 수신 코일을 회전체의 표면에 감싸도록 배치하여, 송신 코일에서 송신된 자기장이, 수신 코일부와 송신 코일부 사이에서 수신 코일에 결합하도록 할 수 있다. 이에 따라, 송신 코일 및 수신 코일과의 자기장 결합 계수를 높여 무선 전력 전송의 전송효율을 높일 수 있고, 회전체 내에 자기장이 형성하는 것을 방지하여 자기장에 의해 전달되는 전력이 열로 바뀌어 전력이 손실되는 것을 방지할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, a receiving coil having first portions parallel to the major axis direction (i.e., the X direction) of the rotating body is disposed so as to surround the surface of the rotating body, And can be coupled to the receiving coil between the part and the transmitting coil part. Accordingly, the transmission efficiency of the radio power transmission can be increased by increasing the magnetic field coupling coefficient between the transmission coil and the reception coil, preventing a magnetic field from being formed in the rotating body, .
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 회전체 표면에 부착된 무선전력 전송 장치를 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 회전체 표면에 부착된 무선전력 전송 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 회전체 표면에 부착된 무선전력 전송 장치를 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 회전체 표면에 부착된 무선전력 전송 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 회전체 표면에 설치된 수신기를 나타낸 개략도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1A is a perspective view of a wireless power transmission apparatus attached to a rotating body surface according to an embodiment of the present invention. FIG.
1B is a cross-sectional view of a wireless power transmission device attached to a surface of a rotating body according to an embodiment of the present invention.
2A is a perspective view of a wireless power transmission apparatus attached to a surface of a rotating body according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating a wireless power transmission device attached to a surface of a rotating body according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing a receiver installed on the surface of the rotating body.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms 'comprises' and / or 'comprising' mean that the stated element, step, operation and / or element does not imply the presence of one or more other elements, steps, operations and / Or additions.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.In addition, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and / or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective description of the technical content. Thus, the shape of the illustrations may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include changes in the shapes that are generated according to the manufacturing process. For example, the etched area shown at right angles may be rounded or may have a shape with a certain curvature. Thus, the regions illustrated in the figures have schematic attributes, and the shapes of the regions illustrated in the figures are intended to illustrate specific types of regions of the elements and are not intended to limit the scope of the invention.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 회전체 표면에 부착된 무선전력 전송 장치를 분리하여 나타낸 사시도이다. 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 회전체 표면에 부착된 무선전력 전송 장치를 나타낸 단면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1A is a perspective view of a wireless power transmission apparatus attached to a rotating body surface according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view of a wireless power transmission device attached to a surface of a rotating body according to an embodiment of the present invention.
도 1a 및 도 1b를 같이 참조하면, 무선전력 전송 장치는 수신 코일부(10), 및 송신 코일부(20)를 포함할 수 있다. 수신 코일부(10)가 회전체(2)의 표면을 감쌀 수 있고, 송신 코일부(20)가 수신 코일부(10)를 감쌀 수 있다.1A and 1B, the wireless power transmission apparatus may include a receiving
회전체(2)는 원기둥 형태의 금속 기둥일 수 있다. 회전체(2)는 제 1 방향(X)으로 신장된 원기둥 형태일 수 있다. 회전체(2)는 제 1 방향(X)으로 장축 방향을 가질 수 있다. 일 예로, 회전체(2)는 회전하는 동작을 요구하는 생산설비의 일부에 해당될 수 있다. 차폐막(4)이 회전체(2)의 표면을 덮을 수 있다. 차폐막(4)은 회전체(2) 내에 자기장(30)이 침투하는 것을 막을 수 있다.The
수신 코일부(10)는 제 1 유연 기판(12) 및 수신 코일(14)을 포함할 수 있다. 제 1 유연 기판(12)은 회전체(2)의 표면을 감쌀 수 있다. 제 1 유연 기판(12)는 회전체(2)와 물리적으로 접촉할 수 있다. 제 1 유연 기판(12)은 절연성을 가질 수 있다. 제 1 유연 기판(12)은 예를 들어, 플라스틱 기판일 수 있다. The
수신 코일(14)이 제 1 유연 기판(12) 상에 배치될 수 있다. 수신 코일(14)은 회전체(2)와 물리적으로 이격될 수 있다. 수신 코일(14)은 제 1 유연 기판(12)의 표면 상에 고정될 수 있다. 수신 코일(14)은 제 1 유연 기판(12)의 가장자리를 따라 연장할 수 있다. 수신 코일(14)의 턴 수는 1일 수 있다. 수신 코일(14)은 제 1 부분들(14a) 및 제 2 부분(14b)을 포함할 수 있다. 제 1 부분들(14a)는 제 1 방향(X)으로 연장하며 서로 평행할 수 있다. 일 예로, 제 1 부분들(14a)은 회전체(2)의 장축 방향에 평행할 수 있다. 제 2 부분(14b)은 제 2 방향(Y)으로 연장하며, 제 1 부분들(14a)의 일 단부들을 연결할 수 있다. 수신 코일(14)은 송신 코일부(20)의 송신 코일(24)로부터 무선 전송된 고주파 전력을 수신할 수 있다.The
다른 예로, 도면에 도시하지 않았지만, 수신 코일(14)이 차폐막(4)의 표면 상에 직접 배치될 수 있다. 즉, 제 1 유연 기판(12)은 생략될 수 있다. As another example, the receiving
송신 코일부(20)가 수신 코일부(10) 상에 배치될 수 있다. 송신 코일부(20)는 외부의 구조물에 의해 지지될 수 있다. 송신 코일부(20)는 제 2 유연 기판(22) 및 송신 코일(24)을 포함할 수 있다. 제 2 유연 기판(22)은 제 1 유연 기판(12)과 일정 간격 이격되어 제 1 유연 기판(12)을 감쌀 수 있다. 제 2 유연 기판(22)은 절연성을 가질 수 있다. 제 2 유연 기판(22)은 예를 들어, 플라스틱 기판일 수 있다.The transmitting
송신 코일(24)이 제 2 유연 기판(22) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 송신 코일(24)은 제 1 유연 기판(22)의 내면(inner surface) 상에 고정될 수 있다. 송신 코일(24)은 제 2 유연 기판(22)의 가장자리를 따라 연장할 수 있으며, 송신 코일(24)의 턴 수는 수신 코일(14)의 턴 수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 송신 코일(24)의 턴 수는 1일 수 있다. 송신 코일(24)은 제 3 부분들(24a) 및 제 4 부분(24b)을 포함할 수 있다. 제 3 부분들(24a)은 제 1 방향(X)으로 연장하며 서로 평행할 수 있다. 일 예로, 제 3 부분들(24a)은 회전체(2)의 장축 방향에 평행할 수 있다. 제 4 부분(24b)은 제 2 방향(Y)으로 연장하며, 제 3 부분들(24a)의 일 단부들을 연결할 수 있다. 송신 코일(24)은 전원 인가부(미도시)에 의해 인가된 전원에 따라 고주파 전력을 무선 전송할 수 있다.The
도 1b에 도시된 것처럼, 송신 코일(24)을 통해 흐르는 전류에 의해 생성된 자기장(30)은 회전체(2)의 표면에 대해 수직으로 수신 코일(14) 쪽으로 향할 수 있다. 즉, 고주파 전력은 송신 코일(24)에서 수신 코일(14)로 무선 전송될 수 있다. 일 예로, 자기장(30)은 차폐막(4)에 의해 회전체(2) 내로 침투되지 않을 수 있다. 차폐막(4)에 의해 차폐되지 못한 자기장(30)의 일부가 회전체(2) 내에 침투되더라도, 서로 반대 방향으로 침투된 자기장(30)은 서로 상쇄되므로 회전체(2) 내에 자기장(30)이 존재하지 않을 수 있다.The
본 발명의 실시예에 따르면, 회전체(2)의 장축 방향(즉, X 방향)에 평행한 제 1 부분들(14a)을 갖는 수신 코일(14)을 회전체(2)의 표면에 감싸도록 배치하여, 송신 코일(24)에서 송신된 자기장(30)이, 수신 코일부(10)와 송신 코일부(20) 사이에서 수신 코일(14)에 결합하도록 할 수 있다. 이에 따라, 송신 코일(24) 및 수신 코일(14)과의 자기장 결합 계수를 높여 무선 전력 전송의 전송효율을 높일 수 있다. 따라서, 회전체(2)에 전력을 원활하게 공급할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the receiving
본 발명의 실시예에 따르면, 회전체(2) 내에 자기장이 형성하는 것을 방지하여, 자기장에 의해 전달되는 전력이 열로 바뀌어 전력이 손실되는 것을 방지할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent the magnetic field from being formed in the
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 회전체 표면에 부착된 무선전력 전송 장치를 분리하여 나타낸 사시도이다. 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 회전체 표면에 부착된 무선전력 전송 장치를 나타낸 단면도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1a 및 도 1b에 도시된 일 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.2A is a perspective view of a wireless power transmission apparatus attached to a surface of a rotating body according to an embodiment of the present invention. FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating a wireless power transmission device attached to a surface of a rotating body according to an embodiment of the present invention. For simplicity of explanation, the same reference numerals are used for components substantially the same as those of the embodiment shown in Figs. 1A and 1B, and a description of corresponding components will be omitted.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 무선 전력 전송 장치의 설계에 따라 코일의 큰 인덕턴스가 요구되는 경우 및/또는 무선 전력 전송 방식의 종류에 따라 코일의 다른 인덕턴스가 요구되는 경우, 송신 코일(24)의 턴 수 및 수신 코일(14)의 턴 수를 증가시킬 수 있다. 무선 전력 전송 방식이 공진형인 경우, 두 종류의 공진 코일과 급전 코일이 수신기 또는 송신기에 동시에 장착될 수 있다. 송신 코일(24)의 턴 수 및 수신 코일(14)의 턴 수는 2 이상일 수 있으며, 송신 코일(24)의 턴 수 및 수신 코일(14)의 턴 수는 서로 동일할 수 있다. Referring to FIGS. 2A and 2B, when a large inductance of a coil is required according to the design of a wireless power transmission apparatus and / or when another inductance of the coil is required depending on the type of the wireless power transmission system, And the number of turns of the receiving
도 3은 회전체 내에 설치된 무선전력 전송장치의 수신기를 나타낸 개략도이다.3 is a schematic view showing a receiver of a wireless power transmission apparatus installed in a rotating body.
도 3을 참조하면, 수신 코일(14)과 전기적으로 연결되는 수신기(100)가 회전체(2) 표면 상에 설치될 수 있다. 수신기(100)는 회전체(2) 내부에 주로 사용되는 여러 가지 센서의 전원을 공급할 수 있다. 수신기(100)는 정류회로(101) 및 DC/DC 변환기(103)를 포함할 수 있다. 정류회로(101)는 코일로 수신된 AC 신호를 정류하여 DC 신호로 변환시킬 수 있다. DC/DC 변환기(103)는 정류회로(101)에서 DC로 변환된 전압을 부하에 맞는 전압으로 변환시킬 수 있다. 회전체(2)을 회전하기 위해 가해지는 힘 및/또는 회전체의 온도와 같은, 센서에서 감지되는 다양한 신호들은 무선통신 방법으로 외부로 데이터를 전송할 수 있다. Referring to FIG. 3, a
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and not restrictive in every respect.
Claims (1)
상기 수신 코일을 감싸는 송신 코일부를 포함하되,
상기 수신 코일은 상기 회전체의 장축 방향에 평행하는 제 1 부분들, 및 상기 제 1 부분들의 일 단부들을 연결하는 제 2 부분을 포함하는 무선전력 전송장치.
A receiving coil surrounding the surface of the rotating body; And
And a transmitting coil part surrounding the receiving coil,
Wherein the receiving coil includes first portions parallel to the major axis direction of the rotating body, and a second portion connecting one ends of the first portions.
Applications Claiming Priority (2)
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KR1020160107252 | 2016-08-23 | ||
KR20160107252 | 2016-08-23 |
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KR1020160153616A KR20180022523A (en) | 2016-08-23 | 2016-11-17 | Apparatus for providing wireless power |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190130734A (en) | 2018-05-15 | 2019-11-25 | 목포해양대학교 산학협력단 | Wireless transfer system using rotating capacitors |
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2016
- 2016-11-17 KR KR1020160153616A patent/KR20180022523A/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190130734A (en) | 2018-05-15 | 2019-11-25 | 목포해양대학교 산학협력단 | Wireless transfer system using rotating capacitors |
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