KR20180077599A - 무선 전력 송신 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 기술적 측면에 따른 무선 전력 송신 장치는, 무선으로 전력을 송신하는 전력 송신 코일, 상기 전력 송신 코일을 내부에 구비하는 케이스 및 상기 케이스에 형성되는 복수 회 권선된 코일로 구성되는 커플링 안테나 코일을 포함한다. 여기에서, 상기 커플링 안테나 코일의 외경은 상기 전력 송신 코일의 외경보다 크다.

Description

무선 전력 송신 장치 {APPARATUS FOR TRANSMITTING POWER WIRELESSLY}
본 발명은 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.
무선 기술의 발전에 따라, 무선 기술은 데이터뿐만 아니라 전력까지 전송하는 등 다양하게 발전되고 있다. 최근에는, 비 접촉 상태에서도 전자 기기에 전력 충전이 가능한 무선 전력 송신 기술이 개발되고 있다.
이러한 무선 전력 송신 기술은 자기장을 이용하여 전력을 전송하는 기술이므로, 제품 외부로 자기장이 노출되게 된다. 그로 인하여, 전자기파 적합성(Electro Magenetic Compatibility, EMC) 등의 안정성 조건을 만족하기 어려운 점이 있다.
이를 위하여, 종래에는 LC 필터 등을 적용하여 회로 내의 노이즈를 처리하는 기술이 적용되었다.
그러나, 이러한 종래 기술은 자기장에 의하여 기판 등에 유발되는 유선 노이즈나, 또는 코일 주변에 방사되는 무선 노이즈에 대해서는 별다른 효과를 제공하지 못하는 문제가 있다.
이러한 종래 기술은, 한국 등록특허공보 제10-1269226호, 한국 등록특허공보 제10-1364185호 내지 한국 공개특허공보 제2015-0139731호 등을 참조하여 이해할 수 있다.
한국 등록특허공보 제10-1269226호 한국 등록특허공보 제10-1364185호 한국 공개특허공보 제2015-0139731호
본 발명의 실시예에 따르면, 자기장에 의하여 유발되는 노이즈를 효과적으로 저감시킬 수 있는 무선 전력 송신 장치가 제공된다.
본 발명의 일 기술적 측면은 무선 전력 송신 장치의 일 실시예를 제안한다. 상기 무선 전력 송신 장치는, 무선으로 전력을 송신하는 전력 송신 코일, 상기 전력 송신 코일을 내부에 구비하는 케이스 및 상기 케이스에 형성되는 복수 회 권선된 코일로 구성되는 커플링 안테나 코일을 포함한다. 여기에서, 상기 커플링 안테나 코일의 외경은 상기 전력 송신 코일의 외경보다 크다.
본 발명의 다른 일 기술적 측면은 무선 전력 송신 장치의 다른 일 실시예를제안한다. 상기 무선 전력 송신 장치는, 회로 기판, 상기 회로 기판의 일 면 측에 형성되고, 무선으로 전력을 송신하는 전력 송신 코일, 상기 회로 기판 및 상기 전력 송신 코일을 내부에 구비하는 케이스 및 상기 회로 기판에 형성되는 복수 회 권선된 코일로 구성되는 커플링 안테나 코일을 포함한다. 상기 커플링 안테나 코일의 외경은 상기 전력 송신 코일의 외경보다 크다.
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 수신 장치는, 자기장에 의하여 유발되는 노이즈를 효과적으로 저감시킬 수 있는 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 전력 수신 장치는, 간단하고 소형화된 구조로도 자기장 방사에 의한 노이즈를 효과적으로 차단할 수 있으며, 그로 인하여 자기장에 의한 전력 전송의 효율을 증대시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 일 적용 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 설명하는 블록 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 무선 충전 모듈을 설명하는 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링 안테나 코일과 전력 송신 코일을 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 4에 대한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 수평 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 수평 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 커플링 안테나 코일을 설명하는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 수평 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 커플링 안테나 코일과 전력 송신 코일을 도시하는 평면도이다.
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 적용 예를 도시하는 도면이다.
도 1에서 무선 전력 송신 장치(100)는 무선 전력 수신 장치(20)에 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는 전력 송신 코일(121)을 포함할 수 있으며, 전력 송신 코일(121)은 무선 전력 수신 장치(20)의 수신 코일과 자기적으로 결합하여 무선 전력 수신 장치(20)에 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(20)는 전자 기기(30)에 결합되거나 또는 그에 일체로 구성될 수 있으며, 무선 전력 송신 장치(100)로부터 제공받은 전력을 이용하여 전자 기기(30)의 배터리를 충전시킬 수 있다.
한편, 무선 전력 송신 장치(100)는 노이즈 차폐를 위한 커플링 안테나 코일(131)을 포함한다. 즉, 커플링 안테나 코일(131)은 전력 송신 코일(121)에서 발생하는 자기장 중 일부에 의하여 무선 전력 송신 장치(100)에 유발되는 노이즈를 차단할 수 있다.
이하, 대해서는 도 2 내지 도 10을 참조하여, 무선 전력 송신 장치(100)의 다양한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 설명하는 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 무선 충전 모듈(120)과, 노이즈 차폐 모듈(130)을 포함할 수 있다. 이러한, 무선 충전 모듈(120)과, 노이즈 차폐 모듈(130)은 케이스(110) 내부에 구비된다.
노이즈 차폐 모듈(130)은 접지되어 노이즈를 접지로 흘려보낼 수 있으며, 실시예에 따라 도시된 바와 같이, 무선 충전 모듈(120)과 노이즈 차폐 모듈(130)은 접지를 공통적으로 사용할 수 있다.
노이즈 차폐 모듈(130)은 안테나형 코일을 이용하여, 무선 충전 모듈(120)에서 발생하는 자기장 중 일부를 접지로 유도함으로서, 자기장 중 일부에 의하여 유발되는 노이즈를 차단할 수 있다. 이하에서, 이러한 노이즈 차폐 모듈(130)에 포함된 안테나형 코일을 '커플링 안테나 코일'이라 칭한다.
도 3은 도 2에 도시된 무선 충전 모듈을 설명하는 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 무선 충전 모듈(120)은 직류-직류 컨버터(320), 인버터 (330), 송신 공진기(340) 및 제어부(350)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 무선 충전 모듈(120)은 전원 공급부(310)를 더 포함할 수 있다.
전원 공급부(310)는 외부에서 입력되는 전원을 변환하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 전원 공급부(310)는 상용 교류 전원을 입력받고 일정 레벨의 직류 전원을 출력하는 파워 어댑터 일 수 있다. 전원 공급부(310)에서 출력된 전원은 직류-직류 컨버터(320)로 제공된다. 일 실시예에서, 전원 공급부(310)는 제어부(350)의 제어에 따라 출력되는 직류 전압의 레벨을 조절할 수 있다.
직류-직류 컨버터(320)는 입력된 전원을 소정 레벨의 직류 전원으로 변환할 수 있다. 예컨대, 직류-직류 컨버터(320)는 입력 직류 전원의 레벨을 승압하여 출력하는 부스트형 컨버터 일 수 있다.
인버터(320)는 제어부(350)의 제어에 따라, 직류-직류 컨버터(320)에서 제공된 직류 전원으로부터 교류 전류를 출력하여 송신 공진기(340)에 제공할 수 있다.
송신 공진기(340)는 인버터(330)에서 제공된 교류 전류에 의하여 공진하여, 무선으로 전력을 송신할 수 있다.
제어부(150)는 전원 공급부(310) 또는 인버터(330)의 동작을 제어할 수 있다.
이러한 제어부(150)는 프로세싱 유닛으로 구현될 수 있다. 실시예에 따라 제어부(150)는 메모리나 저장장치를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 유닛은 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등을 포함할 수 있으며, 복수의 코어를 가질 수 있다. 메모리는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등) 또는 이들의 조합일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커플링 안테나 코일과 전력 송신 코일을 도시하는 사시도이고, 도 5는 도 4에 대한 평면도이다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 보다 상세히 설명한다.
커플링 안테나 코일(430)은 복수회 권선된 코일로 구성되며 접지된다. 커플링 안테나 코일(430)은 전력 송신 코일(420)의 주변에 형성될 수 있다.
도시된 예에서, 커플링 안테나 코일(430)은 전력 송신 코일(420)과 평행하는 평면상에 구비된다. 따라서, 커플링 안테나 코일(430)은 전력 송신 코일(420)과 전력 수신 코일(미도시) 사이에 위치 될 수 있으며, 전력 송신 코일(420)에서 방사되는 자기장 중 전력 송신 코일(420)에 결합되지 않는 외측의 일부 자기장을 접지로 유도함으로서, 상기 외측의 일부 자기장에 의하여 무선 전력 송신 장치나 무선 전력 수신 장치에 유발되는 노이즈를 차단할 수 있다.
커플링 안테나 코일(430)은 전력 송신 코일(420) 보다 크다. 즉, 커플링 안테나 코일(430)의 외경은, 전력 송신 코일(420)의 외경보다 클 수 있다. 즉, 커플링 안테나 코일(430)의 외경을 전력 송신 코일(420)의 외경 보다 크게 함으로써, 전력 송신 코일(420)에서 생성되는 자기장 중에서 무선 전력 송신 장치에 노이즈를 유발하는 일부의 자기장을 커플링 안테나 코일(430)가 접지로 유도하도록 할 수 있다. 이러한 경우, 커플링 안테나 코일(430)의 중심과 전력 송신 코일(420)의 중심이 동일 또는 일정 범위 이내로 인접하게 하는 것이 보다 효율적일 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 평면에서 볼 때 커플링 안테나 코일(430)이 전력 송신 코일(420)의 일부에 겹치도록 형성될 수 있다. 즉, 커플링 안테나 코일(430)의 외경이 전력 송신 코일(420)의 외경보다 크고, 커플링 안테나 코일(430)의 내경이 전력 송신 코일(420)의 외경보다 작은 경우가 그러하다. 이러한 실시예의 경우, 전력 전송 효율의 저하를 방지하기 위하여, 커플링 안테나 코일의 선간거리 또는 코일 굵기(예컨대, PCB 패턴으로 형성되는 경우에는 패턴의 폭)를 조절함으로써, 전력 송신 코일(420)의 전력 전송 효율을 저하시키지 않도록 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 수평 단면도이다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(101)는 케이스(610), 무선 충전 모듈(620) 및 커플링 안테나 코일(630)을 포함할 수 있다.
케이스(610)의 내부에 전력 송신 코일(623)을 포함하는 무선 충전 모듈(620)이 구비되고, 커플링 안테나 코일(630)는 케이스(610)에 형성될 수 있다.
일 예로, 케이스(610)는 자기장이 투과 가능하도록 비 금속재질로 형성된 상부 케이스(611)와, 금속 재질로 형성된 하부 케이스(612)를 포함할 수 있다. 상부 케이스(611)에는 커플링 안테나 코일(630)이 매립 형성될 수 있다.
무선 충전 모듈(620)은 회로 기판(621), 회로 기판의 상면에 형성되는 자성체 판(622)과, 자성체 판의 상면에 형성되는 전력 송신 코일(623)을 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 전력 송신 코일(923)은 한 개의 코일로 구성되나 이는 예시적인 것이다.
커플링 안테나 코일(630)은 전력 송신 코일(623)의 상부에서 전력 송신 코일(623)과 평행하는 평면상에 구비될 수 있다. 커플링 안테나 코일(630)의 외경은 전력 송신 코일(623)의 외경보다 클 수 있다.
도시된 예에서 커플링 안테나 코일(630)은, 회로 기판(621)에 영향을 미칠 수 있는 전력 송신 코일(623)에서 발생한 자기장 중 일부를 차단할 수 있으며, 따라서 자기장에 의하여 무선 전력 송신 장치(101)에 유발될 수 있는 노이즈를 차단시킬 수 있다.
금속 재질로 형성된 하부 케이스(612)는 전기적으로 접지될 수 있으며, 커플링 안테나 코일(630)는 도전 라인(640)을 통하여 하부 케이스(612)에 전기적으로 연결되어 접지될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 수평 단면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 커플링 안테나 코일을 설명하는 평면도이다.
도 7 및 도 8에 개시된 다른 일 실시예에서, 커플링 안테나 코일(630)은 기판에 프린트되어 형성되는 예를 도시하고 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(102)는 케이스(710), 무선 충전 모듈(720) 및 커플링 안테나 코일(730)을 포함할 수 있다.
케이스(710)의 내부에 무선 충전 모듈(720)이 구비되고, 커플링 안테나 코일(730)는 케이스(710)에 형성될 수 있다.
즉, 케이스(710)는 자기장이 투과 가능하도록 비 금속재질로 형성된 상부 케이스(711)와, 금속 재질로 형성된 하부 케이스(712)를 포함할 수 있다.
상부 케이스(711)에 매립되어 기판(733)이 구비될 수 있으며, 이러한 기판 상에 프린트 되어 커플링 안테나 코일(732)이 형성될 수 있다. 커플링 안테나 코일(732)의 양 끝단에는 단자(731)가 형성되며, 단자(731)는 도전 라인(740)을 통하여 금속 재질로 형성된 하부 케이스(712)에 전기적으로 연결되어 접지된다.
무선 충전 모듈(720)은 회로 기판(721), 회로 기판의 상면에 형성되는 자성체 판(722)과, 자성체 판의 상면에 형성되는 전력 송신 코일(723)을 포함할 수 있다.
커플링 안테나 코일(730)의 외경은 전력 송신 코일(723)의 외경보다 크며, 따라서, 커플링 안테나 코일(630)은 회로 기판(721)에 영향을 미칠 수 있는 전력 송신 코일(723)에서 발생한 자기장 중 일부를 차단하여 자기장에 의하여 무선 전력 송신 장치(101)에 유발될 수 있는 노이즈를 차단시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 수평 단면도이고, 도 10은 도 9에 도시된 커플링 안테나 코일과 전력 송신 코일을 도시하는 평면도이다.
도 9 및 도 10에 개시된 다른 일 실시예에서, 커플링 안테나 코일(932)은 회로 기판(921)에 프린트되어 형성되는 예를 도시하고 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(103)는 케이스(910), 무선 충전 모듈(920) 및 커플링 안테나 코일(932)을 포함할 수 있다.
케이스(910)의 내부에 무선 충전 모듈(920)이 구비된다.
무선 충전 모듈(920)은 회로 기판(921), 회로 기판의 상면에 형성되는 자성체 판(922)과, 자성체 판의 상면에 형성되는 전력 송신 코일(923)을 포함할 수 있다. 자성체 판(922)은 커플링 안테나 코일(932)의 내측에 구비될 수 있다.
도시된 예에서, 전력 송신 코일(923)은 복수 개의 코일로 구성되나 이는 예시적인 것이다.
커플링 안테나 코일(932)는 회로 기판(921)에 형성될 수 있다.
일 예로, 커플링 안테나 코일(932)는 도시된 바와 같이 회로 기판(921)의 외곽을 따라 형성될 수 있으며, 양 끝단에는 단자(931)가 형성될 수 있다. 단자(931)는 회로 기판 내의 접지에 연결되어, 커플링 안테나 코일(932)는 접지될 수 있다.
케이스(910)는 자기장이 투과 가능하도록 비 금속재질로 형성된 상부 케이스(911)와, 금속 재질로 형성된 하부 케이스(912)를 포함할 수 있다. 금속 재질로 형성된 하부 케이스(912)는 회로 기판(921)의 접지에 연결될 수 있다.
도 6 내지 도 10에서 상술한 실시예들에서는, 커플링 안테나 코일이 복수 회 권선된 하나의 코일로 구성되는 예로 설명하였다. 그러나, 커플링 안테나 코일은 복수의 코일로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 도 6에서 설명한 커플링 안테나 코일과 도 9에서 설명한 커플링 안테나 코일이 조합되어 사용되는 등 다양하게 변형 실시될 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100, 101, 102, 103 : 무선 전력 송신 장치
110, 610, 710, 910 : 케이스
120, 620, 720, 920 : 무선 충전 모듈
621, 721, 921 : 회로 기판
622, 722, 922 : 자성체판
623, 723, 923 : 전력 송신 코일
630, 732, 932 : 커플링 안테나 코일
731, 931 : 단자
733 : 기판
130 : 노이즈 차폐 모듈
20 : 무선 전력 수신 장치
30 : 전자 기기

Claims (11)

  1. 무선으로 전력을 송신하는 전력 송신 코일;
    상기 전력 송신 코일을 내부에 구비하는 케이스; 및
    상기 케이스에 형성되는 복수 회 권선된 코일로 구성되는 커플링 안테나 코일;
    을 포함하고,
    상기 커플링 안테나 코일의 외경은 상기 전력 송신 코일의 외경보다 큰 무선 전력 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 케이스는
    상기 커플링 안테나 코일이 매립 형성되는 비 금속재질로 형성된 상부 케이스; 및
    금속 재질로 형성된 하부 케이스;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하부 케이스는
    전기적으로 접지되고,
    상기 커플링 안테나 코일은
    상기 하부 케이스에 전기적으로 연결되어 접지되는 무선 전력 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 커플링 안테나 코일은
    상기 전력 송신 코일과 평행하는 평면상에 구비되는 무선 전력 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 케이스는
    상기 케이스에 매립되어 구비되는 기판;
    을 포함하고,
    상기 커플링 안테나 코일은 상기 기판 상에 프린트되어 형성되는 무선 전력 송신 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는
    회로 기판; 및
    상기 회로 기판의 상면에 형성되는 자성체 판;
    을 더 포함하고,
    상기 전력 송신 코일은 상기 자성체 판의 상면에 형성되는 무선 전력 송신 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 커플링 안테나 코일은
    상기 전력 송신 코일에서 생성된 자기장이 상기 회로 기판에 영향을 미치는 것을 차단하는 무선 전력 송신 장치.
  8. 회로 기판;
    상기 회로 기판의 일 면 측에 형성되고, 무선으로 전력을 송신하는 전력 송신 코일;
    상기 회로 기판 및 상기 전력 송신 코일을 내부에 구비하는 케이스; 및
    상기 회로 기판에 형성되는 복수 회 권선된 코일로 구성되는 커플링 안테나 코일;
    을 포함하고,
    상기 커플링 안테나 코일의 외경은 상기 전력 송신 코일의 외경보다 큰 무선 전력 송신 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는
    상기 회로 기판의 상 면에 형성되고, 상기 커플링 안테나 코일의 내측에 구비되는 자성체 판;
    을 더 포함하고,
    상기 전력 송신 코일은 상기 자성체 판의 상면에 형성되는 무선 전력 송신 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 커플링 안테나 코일은
    상기 회로 기판의 외곽을 따라 형성되는 무선 전력 송신 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 케이스는
    상기 커플링 안테나 코일이 매립 형성되는 비 금속재질로 형성된 상부 케이스; 및
    금속 재질로 형성된 하부 케이스;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
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