KR20180089763A - 디스플레이 시스템, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치 - Google Patents

디스플레이 시스템, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180089763A
KR20180089763A KR1020170014491A KR20170014491A KR20180089763A KR 20180089763 A KR20180089763 A KR 20180089763A KR 1020170014491 A KR1020170014491 A KR 1020170014491A KR 20170014491 A KR20170014491 A KR 20170014491A KR 20180089763 A KR20180089763 A KR 20180089763A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coil
wireless power
magnetic field
antenna
power transmission
Prior art date
Application number
KR1020170014491A
Other languages
English (en)
Inventor
최용호
임상민
이규성
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020170014491A priority Critical patent/KR20180089763A/ko
Priority to EP18150728.6A priority patent/EP3358700A1/en
Priority to US15/870,394 priority patent/US20180219425A1/en
Priority to CN201810082300.7A priority patent/CN108377037B/zh
Publication of KR20180089763A publication Critical patent/KR20180089763A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/38—Auxiliary core members; Auxiliary coils or windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/50—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using additional energy repeaters between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/50—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using additional energy repeaters between transmitting devices and receiving devices
    • H02J50/502—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using additional energy repeaters between transmitting devices and receiving devices the energy repeater being integrated together with the emitter or the receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/70—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/63—Generation or supply of power specially adapted for television receivers
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2330/00—Aspects of power supply; Aspects of display protection and defect management
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2499/00—Aspects covered by H04R or H04S not otherwise provided for in their subgroups
    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/15—Transducers incorporated in visual displaying devices, e.g. televisions, computer displays, laptops

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

디스플레이 시스템, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치가 제공된다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 시스템은, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 수신 장치 및 상기 무선 전력 수신 장치로부터 전원을 공급받는 디스플레이 장치를 포함하고, 상기 무선 전력 송신 장치는, 제1 코일 및 상기 제1 코일의 상단에 배치되는 폐루프의 제2 코일을 포함하며, 상기 제1 코일에 전원을 인가하여 상기 무선 전력 수신 장치가 위치한 방향으로 자기장을 발생하고, 상기 무선 전력 수신 장치는, 상기 발생된 자기장이 인가되면 복수의 절연체가 삽입된 다층 구조의 코일을 이용하여 전원을 생성하고, 상기 생성된 전원을 상기 디스플레이 장치로 전송할 수 있다.

Description

디스플레이 시스템, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치{DISPLAY SYSTEM, WIRELESS POWER TRANSMITTER AND WIRELESS POWER RECEIVER}
본 개시는 디스플레이 시스템, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 디자인을 훼손하지 않으면서 전원을 무선화할 수 있는 디스플레이 시스템, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치에 관한 것이다.
생활 공간을 효율적으로 이용하기 위하여 디스플레이 장치를 벽걸이 TV의 형태로 이용하고자 하는 사용자가 증가하고 있다. 벽걸이 TV의 경우 테이블과 이격된 상단 벽에 배치되는 경우가 대부분인바, 전원선이 노출되어 미관을 해치는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 무선 전력 전송 방법이 논의되고 있다. 폭이 넓은 형상의 코일을 수신부로 하여 구현하면 전력 전송에는 유리할 수 있다. 하지만, 최근 디스플레이 장치가 점점 얇아지는 추세인 점을 고려할 때, 폭이 넓은 코일을 디스플레이 장치 내부에 넣을 수 없다는 문제가 발생한다.
따라서 디스플레이 시스템의 디자인에 적합하면서도, 별도의 장치 추가 없이 무선 전력 송수신 시스템을 구현하기 위한 방안을 고려할 필요성이 있다.
본 개시는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 디스플레이 시스템의 디자인을 훼손시키지 않고도 최적의 무선 전력 송수신 장치의 형상을 구현할 수 있는 디스플레이 시스템, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치를 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 시스템은, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 수신 장치 및 상기 무선 전력 수신 장치로부터 전원을 공급받는 디스플레이 장치를 포함하고, 상기 무선 전력 송신 장치는, 제1 코일 및 상기 제1 코일의 상단에 배치되는 폐루프의 제2 코일을 포함하며, 상기 제1 코일에 전원을 인가하여 상기 무선 전력 수신 장치가 위치한 방향으로 자기장을 발생하고, 상기 무선 전력 수신 장치는, 상기 발생된 자기장이 인가되면 복수의 절연체가 삽입된 다층 구조의 코일을 이용하여 전원을 생성하고, 상기 생성된 전원을 상기 디스플레이 장치로 전송할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는, 송신 안테나 및 상기 송신 안테나에 전원을 공급하는 전원부를 포함하고, 상기 송신 안테나는, 자성체 코어, 상기 자성체 코어의 상단에 배치되고, 상기 전원부로부터 전류가 인가되면 자기장을 생성하는 제1 코일 및 상기 제1 코일의 상단에 이격되어 배치되고 좌우에 서로 다른 방향으로 권선된 2개의 폐루프 도선을 포함하며, 상기 제1 코일에서 생성된 자기장을 증폭 또는 집속하는 제2 코일을 포함할 수 있다.
그리고 상기 제1 코일은, 한 평면상에서 중심축을 기준으로 좌우에 배치된 서로 다른 방향으로 권선된 도선을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자성체 코어는, 상기 제1 코일의 중심축 방향 및 상기 제2 코일이 위치한 방향에 수직인 방향으로 배치된 자성체로 구성될 수 있다.
그리고 상기 제1 코일은, 평면상에서 이격된 두 개의 가상 점을 중심으로 각각 권선된 이중 스파이럴 형태로 배치된 단일 도선일 수 있다.
또한, 상기 제1 코일은, 평면상에서 이격된 두 개의 가상 점을 중심으로 각각 권선된 이중 스파이럴 형태로 배치된 단일 도선의 기설정된 영역이 인접한 수직 평면에 배치된 형태일 수 있다.
그리고 상기 제2 코일은, 평면상에서 이격된 두 개의 가상 점을 중심으로 각각 권선된 이중 스파이럴 형태로 배치된 폐루프인 제1 형태 및 상기 두 개의 가상 점을 중심으로 각각 권선된 이중 헬리컬 형태로 배치된 폐루프인 제2 형태 중 하나의 형태일 수 있다.
또한, 스피커 및 상기 스피커에서 출력할 음성 신호를 수신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치는, 수신 안테나 및 상기 수신 안테나에서 생성된 전원을 외부로 전송하는 전원부를 포함하고, 상기 수신 안테나는, 다층 구조로 배치되고 자기장이 인가되면 전류를 생성하는 코일, 상기 코일의 다층 구조 사이에 삽입된 복수의 절연체 및 상기 코일의 중앙으로 삽입되는 돌출부를 포함하는 자성체 코어를 포함할 수 있다.
그리고 상기 코일의 다층 구조를 이루는 각각의 층은, 평면상에서 이격된 두 개의 가상 점을 중심으로 이중 스파이럴 형태로 권선된 도선을 포함하고, 한 층의 이중 스파이럴 형태로 권선된 도선은 다음 층의 이중 스파이럴 형태로 권선된 도선과 직렬 연결될 수 있다.
또한, 상기 이중 스파이럴 형태의 도선에 각각 직렬로 연결된 콘덴서를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 자성체 코어는, 폭이나 두께보다 길이가 10배 이상 긴 바 형태일 수 있다.
또한, 상기 자성체 코어는, 상기 코일을 감싸는 외곽부를 더 포함할 수 있다.
그리고 스피커, 복수의 음성 신호를 수신하는 통신부 및 상기 수신된 복수의 음성 신호 중 일부를 스피커에서 출력하고, 상기 수신된 복수의 음성 신호 중 나머지 음성 신호를 외부 장치로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
이상과 같은 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 벽걸이 디스플레이 시스템을 구성할 때 전원선이 보이지 않도록 설치할 수 있으며, 전방 및 후방의 누설 자기장을 최소하면서 무선으로 전력을 송수신할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 시스템을 도시한 도면,
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신용 안테나 구조를 설명하기 위한 블록도,
도 4 내지 7은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 코일의 구조 및 조합을 도시한 도면,
도 8a 내지 8d는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신용 안테나의 임피던스 특성을 도시한 그래프,
도 9a 및 9b는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신용 안테나와 수신용 안테나 사이의 자기력선 전달 특성을 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면,
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신용 안테나 구조를 설명하기 위한 블록도, 그리고,
도 12 내지 14는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 수신용 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
이하에서는 본 개시의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 개시를 설명함에, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 시스템(1000)을 도시한 도면이다. 도 1의 실시 예와 같이, 디스플레이 시스템(1000)은 무선 전력 송신 장치(100), 무선 전력 수신 장치(200) 및 무선 전력 수신 장치(200)로부터 전원을 공급받는 디스플레이 장치(300)로 구성될 수 있다. 디스플레이 장치(300)는 유선으로 무선 전력 수신 장치(200)로부터 전원을 공급받을 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는 우퍼로 구현될 수 있으며, 무선 전력 수신 장치(200)는 사운드바로 구현될 수 있다. 무선 전력 송수신 시스템을 기존의 사운드 시스템을 이용하여 구현함으로써, 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 시스템(1000)은 추가적인 장치 없이도 무선 전력 송수신 기능을 제공할 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)는 수직 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는 자기장을 무선 전력 수신 장치(200)가 위치한 방향으로 발생시킬 수 있다. 무선 전력 수신 장치(200)는 디스플레이 장치(300) 하단에 배치될 수 있다. 하지만 무선 전력 수신 장치(200)의 위치는 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 무선 전력 수신 장치(200)는 사용자의 시선에 띄지 않도록 디스플레이 장치(300)의 후면에 배치될 수도 있다. 사운드바로 구현된 무선 전력 수신 장치(200)가 디스플레이 장치(300)와 인접하여 배치됨으로써, 디스플레이 시스템(1000)은 사용자에게 영상과 음성의 공간적 일치감을 제공할 수 있다. 또한, 인접 배치로 인하여 무선 전력 수신 장치(200)와 디스플레이 장치(300) 사이의 전원선은 사용자의 시야에서는 발견되지 않을 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는 무선 전력 송신 기능뿐 아니라, 저주파 음성 신호를 출력하는 우퍼로서 동작할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는 전원부(120)에 연결되어 전류가 인가되는 제1 코일(113) 및 제1 코일(113)의 상단에 배치되는 폐루프 형태의 제2 코일(115)을 포함할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신 장치(100)는 제1 코일(113)의 하단에 자성체 코어(111)를 포함할 수 있다. 여기서 상단 및 하단은 무선 전력 송신 장치(100) 상단에 무선 전력 수신 장치(200)가 위치하는 것을 상정한 설명이다. 즉, 제1 코일(113)의 상단에 제2 코일(115)이 위치한다는 것은 제1 코일(113)보다 제2 코일(115)이 무선 전력 수신 장치(200)에 가깝게 위치한다는 것을 의미한다. 일반적으로 저주파 음성을 출력하는 우퍼는 사운드바의 하단에 배치되기 때문에, 무선 전력 송신 장치(100)를 우퍼로 구현하고 무선 전력 수신 장치(200)를 사운드바로 구현함으로써 기존의 스피커 배치 구조를 변경하지 않고도 무선 전력 전송 기능이 사용자에게 제공될 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는 제1 코일(113)에 전류를 인가하여 무선 전력 수신 장치(200)가 위치한 방향으로 자기장을 발생시킬 수 있다. 제2 코일(115)은 제1 코일(113)에서 발생된 자기장을 증폭 및/또는 집속할 수 있다. 예를 들어, 제1 코일(113) 및 제2 코일(115)은 듀얼 루프 형태의 코일일 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는 음성 신호를 출력하는 기능뿐 아니라, 무선 전력 수신 장치의 기능을 수행할 수 있다. 무선 전력 수신 장치(200)는 복수의 절연체(213)가 삽입된 다층 구조의 코일(211)을 포함할 수 있다. 코일(211)과 절연체(213)의 형태는 권선된 코일(211)과 절연체(213)가 교번적으로 적층된 형태일 수 있다. 그리고 무선 전력 수신 장치(200)는 코일(211)의 중앙에 삽입되는 돌출부 및 코일(211)의 상단을 덮는 상부를 갖는 자성체 코어(217)를 포함할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100)에서 생성된 자기장이 인가되면 다층 구조의 코일(211)을 이용하여 전력을 생성하고, 생성된 전력을 디스플레이 장치(300)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 코일(211)은 다층 구조로 구현된 다이폴 코일일 수 있다.
디스플레이 장치(300)는 무선 전력 수신 장치(200)로부터 전원을 공급받을 수 있다. 그리고 디스플레이 장치(300)는 우퍼로 구현된 무선 전력 송신 장치(100) 및 사운드바로 구현된 무선 전력 수신 장치(200)를 이용하여 음성 신호를 출력할 수 있다.
구체적인 무선 전력 송신 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)의 구성에 대해서는 이하에서 도면을 참고하여 다시 설명하기로 한다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 송신 안테나(110), 전원부(120), 스피커(130), 통신부(140) 및 프로세서(150)를 포함할 수 있다.
송신 안테나(110)는 전류가 인가되면 자기장을 생성할 수 있다. 그리고 송신 안테나(110)은 무선 전력 수신 장치(200)가 위치한 방향으로 자기장이 생성되도록 구성될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 송신 안테나(110)는 전류가 인가되면 자기장을 생성하는 제1 코일(113) 및 제1 코일(113)에서 생성된 자기장을 증폭 및/또는 집속하는 제2 코일(115)을 포함할 수 있다. 그리고 송신 안테나(110)는 자성체 코어(111)를 포함할 수 있다. 구체적인 송신 안테나(110)의 구조는 이하에서 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
전원부(120)는 송신 안테나(110)에 연결되어 전류를 공급할 수 있다. 전원부(120)는 직류 전원을 공급하는 파워 서플라이, 공급된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터, 송신 안테나(110)에의 전류 공급을 제어하는 구동 IC를 포함할 수 있다. 이와 같이, 전원부(120)는 송신 안테나(110)에 교류 전원을 공급할 수 있다.
스피커(130)는 무선 전력 수신 장치(200)에서 수신된 음성 신호를 출력할 수 있다. 특히, 스피커(130)는 저주파 성분의 음성 신호를 출력할 수 있다.
통신부(140)는 외부 장치와 통신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(140)는 무선 전력 수신 장치(200)로부터 스피커(130)에서 출력할 음성 신호를 수신할 수 있다.
프로세서(150)는 상술한 구성 요소들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(150)는 송신 안테나(110)에 전류를 공급하도록 전원부(120)를 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(150)는 무선 전력 수신 장치(200) 또는 디스플레이 장치(300)로부터 음성 신호를 수신하도록 통신부(140)를 제어할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신용 안테나(110)의 구조를 설명하기 위한 블록도이다. 도 3을 참조하면 송신용 안테나(110)는 자성체 코어(111), 제1 코일(113) 및 제2 코일(115)을 포함할 수 있다. 송신용 안테나(110)는 우퍼로 구현될 수 있는 무선 전력 송신 장치(100)의 형태와 같이 폭이 넓은 형태로 구현될 수 있다. 넓은 형태를 갖을 수 있는바, 송신용 안테나(110)의 제1 코일(113) 및 제2 코일(115)은 듀얼 루프 코일로 구현될 수 있다.
자성체 코어(111)는 제1 코일(113)의 하단에 위치할 수 있다. 여기서 말하는 하단이란 무선 전력 수신용 안테나(210)가 위치하는 방향과 반대 방향을 의미한다. 자성체 코어(111)는 전달되는 자속을 증가시키기 위하여 사용될 수 있다.
자성체 코어(111)는 제1 코일(113)의 중심축 방향 및 수신용 안테나(210)가 위치하는 방향에 수직인 방향으로 배치될 수 있다. 제1 코일(113)의 중심축이란 이중 스파이럴 구조를 갖는 제1 코일(113)의 평면의 중앙 부분에 위치한 서로 같은 방향의 전류가 흐르는 도선이 모이는 부분을 의미한다. 그리고 중심축 방향은 중앙 부분의 도선에 흐르는 전류의 방향을 의미한다.
예를 들어, 상단 방향(수신용 안테나(210)가 위치하는 방향)을 +z 축 방향, 제1 코일(113)의 중심축 방향이 x 축 방향이라고 가정할 때, 자성체 코어(111)의 길이 방향은 y 축 방향일 수 있다.
자성체 코어(111)는 자기장이 무선 전력 송신 장치(100)의 하단으로 누설되지 않도록 하며, 무선 전력 송신 장치(100)의 상단 방향으로 자기장이 길게 발산할 수 있도록 한다.
제1 코일(113)은 자성체 코어(111)의 상단, 그리고 제2 코일(115)의 하단에 배치될 수 있다. 전원부(120)에서 제1 코일(113)의 도선에 전류를 인가하면, 제1 코일(113)에서는 자기장이 발생될 수 있다.
제1 코일(113)은 한 평면상에서 중심축을 기준으로 서로 다른 방향으로 권선된 도선을 포함할 수 있다. 서로 다른 방향으로 권선된 결과, 중심축 부분의 도선에서는 전류가 동일 방향으로 인가될 수 있다. 중심축 부분의 도선에 의해 발생된 자기장은 중앙 부분의 도선을 감싸는 형태로 자기력선을 구성한다. 자기장이 자성체 코어(111)를 따라 전송됨에 따라 자기력선은 상단 방향으로 긴 형태가 될 수 있다.
제1 코일(113)은 두 가지 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 형태의 제1 코일(113-1)은 동일 평면상에서 이격된 가상의 두 점을 중심으로 각각 권선된 이중 스파이럴 형태로 배치된 단일 도선일 수 있다. 두 개의 스파이럴이 인접한 중앙축 부분에서는 전류가 동일한 방향으로 흐르도록 도선이 배치되기 때문에, 제1 코일(113)은 중앙축 부분의 전체 도선을 감싸는 방향으로 자기장을 발생시킬 수 있다. 이중 스파이럴 각각의 외곽부에서는 중앙축 부분과 반대 방향으로 전류가 흐르기 때문에, 중앙축 부분에서 발생된 자기장을 상쇄시키는 방향의 자기장이 외곽부에서 발생될 수 있다. 이러한 제1 코일(113)의 형태와 자기장 코어(111)의 배치 위치에 의해, 송신 안테나(110)는 수신 안테나(210)가 위치한 상단 방향으로 자기장을 전송할 수 있다.
다른 예로, 제2 형태의 제1 코일(113-2)은 동일 평면상에서 이격된 가상의 두 점을 중심으로 각각 권선된 이중 스파이럴 형태로 배치된 단일 도선의 기설정된 영역이 인접한 수직 평면에 배치된 형태일 수 있다. 즉, 제2 형태의 제1 코일(113-2)은 제1 형태의 제1 코일(113-1)의 좌우 부분이 하방으로 절곡된 형태일 수 있다. 하방에서도 중앙축 부분에서 발생된 자기장을 상쇄시키는 방향의 자기장이 발생하기 때문에, 제2 형태의 제1 코일(113-2)은 제1 형태의 제1 코일(113-1)에 비하여 제1 코일(113)의 하방으로 발산하는 자기장을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다.
제2 코일(115)은 제1 코일(113)의 상부에 이격되어 배치될 수 있다. 전원부(120)와 연결되는 제1 코일(113)과 달리, 제2 코일(115)은 폐루프로 구현될 수 있다. 제2 코일은 좌우에 서로 다른 방향으로 권선된 2개의 폐루프 도선을 포함할 수 있다. 제2 코일(115)은 제1 코일(113)에서 생성된 자기장을 증폭 및/또는 집속할 수 있다. 다른 용어로, 전원부(120)로부터 전류가 인가되면 자기장을 생성하는 제1 코일(113)은 Exciter로 표현될 수 있다. 또한, 제1 코일(113)에서 생성된 자기장을 증폭, 전달, 집속하는 제2 코일(115)은 Repeater로 표현될 수 있다.
제2 코일(115)은 두 가지 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 형태의 제2 코일(115-1)은 동일 평면상에서 이격된 가상의 두 점을 중심으로 각각 권선된 이중 스파이럴 형태로 배치된 폐루프 도선일 수 있다.
다른 예로, 제2 형태의 제2 코일(115-2)는 동일 평면상에서 이격된 가상의 두 점을 중심으로 각각 권선된 이중 헬리컬 형태로 배치된 폐루프 도선일 수 있다.
이와 같이 송신 안테나(110)는 두 가지 형태의 제1 코일(113)와 제2 코일(115)의 조합에 의해 4가지 형태로 구현될 수 있다. 도 4 내지 도 7은 이러한 4가지 형태로 구현된 송신 안테나(110)를 포함하는 무선 전력 송신 장치(100)를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(100-1)는 제1 형태의 제1 코일(113-1) 및 제1 형태의 제2 코일(115-1)을 포함할 수 있다. 자성체 코어(111)의 상단에는 단일 도선이 이중 스파이럴 형태로 권선된 제1 코일(113-1)이 위치할 수 있다. 제1 코일(113-1)을 구성하는 단일 도선의 양 단은 전원부(120)와 연결되어 전류를 공급받을 수 있다.
제1 코일(113-1)이 이중 스파이럴 형태로 권선되어 있기 때문에, 제1 코일(113-1)의 중앙에서 발생된 자기장을 상쇄시키는 자기장이 좌우에서 발생된다. 또한, 자성체 코어(111)가 제1 코일(113-1)의 중앙에서 발생된 자기장 방향으로 길게 배치되어 있기 때문에, 제1 코일(113-1)에서 발생된 자기장은 자성체 코어(111)를 따라 흐르게 된다. 이에 따라 자기력선은 제2 코일(115-1)이 배치된 상단 방향으로 긴 형태로 구성될 수 있다.
제1 코일(113-1)의 상단에는 단일 도선이 이중 스파이럴 형태로 권선된 제2 코일(115-1)이 위치할 수 있다. 제2 코일(115-1)을 구성하는 단일 도선의 양 단은 서로 연결되어 폐루프 형태를 갖는다. 제2 코일(115-1)은 제1 코일(113-1)에서 발생된 자기장이 누설되지 않고 상단 방향으로 전달될 수 있도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 제2 코일(115-1)에서 유도된 자기장이 제1 코일(113-1)에서 유도된 자기장과 합쳐져 상단 방향으로 전송되는 자기장을 강화할 수 있다. 이때 제1 코일(113-1) 및 제2 코일(115-1)에서 각각 발생된 자기장은 위상이 서로 일치될 수 있다. 제1 코일(113-1)에서 발생된 자기장이 제2 코일(115-1)을 통과하면, 제2 코일(115-1)에는 전류가 발생된다. 그리고 제2 코일(115-1)에서 발생된 전류에 의해 자기장이 재차 발생된다.
이와 같이 송신 안테나(110-1)는 제1 코일(113-1) 및 제2 코일(115-1)을 포함하는 듀얼 코일 구조를 갖기 때문에, 단일 코일 구조에 비해 누설 자기장을 줄일 수 있고 상단 방향으로 더 먼 거리까지 자기장을 전송할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(100-2)는 제1 형태의 제1 코일(113-1) 및 제2 형태의 제2 코일(115-2)을 포함할 수 있다. 자성체 코어(111)의 상단에는 단일 도선이 이중 스파이럴 형태로 권선된 제1 코일(113-1)이 위치할 수 있다. 제1 코일(113-1)을 구성하는 단일 도선의 양 단은 전원부(120)와 연결되어 전류를 공급받을 수 있다.
제2 형태의 제2 코일(115-2)도 도 4에 도시된 제1 형태의 제2 코일(115-1)과 마찬가지로 누설 자기장을 줄이고, 제1 코일(113)에서 생성된 자기장을 강화할 수 있다. 제2 코일(115-2)은 단일 도선이 이중 헬리컬 형태로 권선된 것이다. 제2 코일(115-2)을 구성하는 단일 도선의 양 단은 서로 연결되어 폐루프 형태를 갖는다.
단일 평면의 이중 스파이럴 구조를 갖는 제1 형태의 제2 코일(115-1)에 비하여, 높이 방향으로 쌓아진 이중 헬리컬 구조를 갖는 제2 형태의 제2 코일(115-2)이 누설 자기장이 더 적으며 상단 방향으로 자기장을 전송하는데 유리할 수 있다. 제2 코일(115)의 구조 차이에 의한 효율 변화는 이하에서 임피던스 특성 실험 그래프 및 자기력선 시뮬레이션 결과를 통해 다시 살펴보도록 하겠다.
도 6을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(100-3)는 제2 형태의 제1 코일(113-2) 및 제1 형태의 제2 코일(115-1)을 포함할 수 있다. 자성체 코어(111)의 상단에는 단일 도선이 이중 스파이럴 형태로 권선되고 일부 영역이 하방으로 절곡된 제1 코일(113-2)이 위치할 수 있다. 제1 코일(113-2)을 구성하는 단일 도선의 양 단은 전원부(120)와 연결되어 전류를 공급받을 수 있다.
제2 형태의 제1 코일(113-2)의 형상은 제1 형태의 제1 코일(113-1)의 형상을 참조하여 설명하기로 한다. 제2 형태의 제1 코일(113-2)은 제1 형태의 제1 코일(113-1)의 양 측면을 하방으로 절곡한 형태를 갖을 수 있다. 하방으로 절곡된 양 측면의 도선에서 중앙 부분의 도선에서 발생된 자기장을 상쇄하는 방향의 자기장이 발생되기 때문에, 제2 형태의 제1 코일(113-2)은 중앙부에서 생성된 자기장을 상방으로 집속시킬 수 있다. 또한 제2 형태의 제1 코일(113-2)은 제1 형태의 제1 코일(113-1)에 비하여 좌우로 길게 자기력선을 형성할 수 있다. 따라서, 제2 형태의 제1 코일(113-2)은 제1 형태의 제1 코일(113-1)에 비하여 상단으로도 더 멀리까지 자기장을 전송할 수 있다.
제1 코일(113-2)의 상단에는 단일 도선이 이중 스파이럴 형태로 권선된 제2 코일(115-1)이 위치할 수 있다. 제2 코일(115-1)을 구성하는 단일 도선의 양 단은 서로 연결되어 폐루프 형태를 갖는다.
도 7을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(100-4)는 제2 형태의 제1 코일(113-2) 및 제2 형태의 제2 코일(115-2)을 포함할 수 있다. 각각의 코일의 형태에 대한 설명은 상술한 도 4 내지 6에서의 설명과 대응되는바 생략하기로 한다.
도 8a 내지 도 8d는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신용 안테나(110)의 임피던스 특성을 도시한 그래프이다. 도 8a 내지 도 8d에는 각각 도 4 내지 도 7에 도시된 4가지 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(100-1, 100-2, 100-3, 100-4)에 대한 각각의 임피던스 특성이 도시되어 있다. 도 8a 내지 도 8d의 x 축은 주파수이며, y 축은 S11 임피던스 값이다. 공진주파수에서는 임피던스가 적어지게 되는바, 그래프 상에서 아래로 떨어지는 피크 값이 관찰된다. 송신용 안테나(110)에 대한 임피던스를 측정할 때, 수신용 안테나(210)와 커플링되어 있기 때문에 수신용 안테나(210)의 공진주파수에서도 임피던스가 떨어지는 작은 피크 값이 관찰되게 된다. 수신용 안테나(210)의 공진주파수에서 임피던스가 크게 떨어질수록 송신용 안테나(110)에서 생성된 자기장이 수신용 안테나(210)에 효율적으로 전달된다는 의미이다.
도 8a 내지 도 8d의 임피던스 실험을 위하여 송신용 안테나(110)의 공진주파수는 133 kHz로 설정하였으며, 수신용 안테나(210)의 공진주파수는 143 kHz로 설정되었다. 제1 코일(113) 및 제2 코일(115)의 형상을 달리 조합한 4가지 송신용 안테나를 포함하는 우퍼(100-1, 100-2, 100-3, 100-4)에 대한 임피던스 특성 그래프 중 수신용 안테나(210)의 공진주파수인 143 kHz 부분에서 변화한 절대값이 큰 순서대로 효율이 좋은 것으로 판단될 수 있다.
실험 결과 도 8d, 8c, 8b, 8a의 순서대로 수신용 안테나(210)의 공진주파수 부분에서 변화한 임피던스의 절대값이 큰 것을 측정되었다. 즉, 제2 형태의 제1 코일(113-2)과 제2 형태의 제2 코일(115-2)의 조합을 갖는 무선 전력 송신 장치(100-4)가 가장 효율이 좋은 것으로 측정되었다. 이러한 결과를 통해 효율을 높이기 위해서는 우선 제1 코일(113)이 제2 형태로 구현되는 것이 바람직하고, 다음으로 제2 코일(115) 또한 제2 형태로 구현되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200) 사이의 상호 자기력선 전달 특성을 시뮬레이션한 결과이다. 도 9a 및 도 9b의 하단에는 무선 전력 송신 장치(100)가 도시되어 있으며, 상단에는 무선 전력 수신 장치(200)가 도시되어 있다.
도 9a는 제1 형태의 제1 코일(113-1)과 제1 형태의 제2 코일(115-1)의 조합인 송신용 안테나를 갖는 무선 전력 송신 장치(100-1)에 대한 시뮬레이션 결과이며, 도 9b는 제2 형태의 제1 코일(113-2)과 제2 형태의 제2 코일(115-2)의 조합인 송신용 안테나를 갖는 무선 전력 송신 장치(100-4)에 대한 시뮬레이션 결과이다.
도 9a의 무선 전력 송신 장치(100)의 좌우에 위치한 점은 제1 형태의 제1 코일(113-1)의 양 측면 부분이다. 그리고, 도 9b의 무선 전력 송신 장치(100)의 좌우에 위치한 점은 제2 형태의 제1 코일(113-2)의 하방으로 절곡된 양 측면 부분이다. 도 9b의 좌우에 위치한 점이 도 9a보다 하방에 위치함을 확인할 수 있다. 도 9a와 비교하여, 도 9b의 자기력선이 좌우 및 상방으로 더욱 길게 연장되어 있음을 확인할 수 있다. 도 9b에 도시된 제1 코일(113-2)의 하방으로 절곡된 양 측면 부분에서 생성된 자기장에 의해, 제1 코일(113-2)의 중앙에서 생성된 자기장이 더욱 상방으로 집속되는 효과가 있기 때문이다.
도 9a의 무선 전력 송신 장치(100)의 중앙 부분에 좌우로 위치한 점이 제1 형태의 제2 코일(115-1)이며, 도 9b의 무선 전력 송신 장치(100)의 중앙 부분에 상하로 위치한 점이 제2 형태의 제2 코일(115-2)이다. 제2 코일(115)의 형태가 제2 형태인 도 9b에서 자기장이 더 상단 방향으로 전송된다는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 10을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는 수신 안테나(210), 전원부(220), 스피커(230), 통신부(240) 및 프로세서(250)를 포함할 수 있다.
수신 안테나(210)는 자기장이 인가되면 전류를 생성할 수 있다. 수신 안테나(210)는 송신 안테나(110) 방향에서 전송된 자기장이 통과하도록 구성될 수 있다. 또한, 수신 안테나(210)는 무선 전력 수신 장치(200)의 형태 상 폭이 좁고 길이 방향이 긴 바 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 수신 안테나(210)는 폭이나 두께보다 길이가 10배 이상인 형태로 구현될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 수신 안테나(210)는 복수의 절연체(213)가 삽입된 다층 구조의 코일(211), 각 층의 코일(211)에 직렬 연결된 콘덴서(215) 및 자성체 코어(217)를 포함할 수 있다. 구체적인 수신 안테나(210)의 구조는 이하에서 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
전원부(220)는 수신 안테나(210)에서 생성된 전류를 이용하여 디스플레이 장치(300)와 같은 외부 장치에 전원을 공급할 수 있다. 전원부(220)는 정류기를 포함하여 유도된 교류 전원을 직류 전원으로 변환할 수 있다.
스피커(230)는 디스플레이 장치(300)에서 수신된 음성 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 스피커(230)는 수신 안테나(210)의 좌우에 각각 배치되어 음성 신호를 출력할 수 있다.
통신부(240)는 외부 장치와 통신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(240)는 디스플레이 장치(300)로부터 스피커(230)에서 출력할 음성 신호를 수신할 수 있다.
프로세서(250)는 상술한 구성 요소들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(250)는 수신 안테나(210)에 인가된 전류를 정류하여 외부 장치에 전송하도록 전원부(220)를 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(250)는 디스플레이 장치(300)로부터 수신한 복수의 음성 신호 중 일부를 출력하도록 스피커(230)를 제어하고, 나머지 일부를 무선 전력 송신 장치(100)로 전송하도록 통신부(240)를 제어할 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신용 안테나(210)의 구조를 설명하기 위한 블록도이다. 도 11을 참조하면 수신용 안테나(210)는 코일(211), 절연체(213), 콘덴서(215) 및 자성체 코어(217)를 포함할 수 있다. 수신용 안테나(210)는 사운드바로 구현된 무선 전력 수신 장치(200)의 형태와 같이 바 형태로 구현될 수 있다. 바 형태로 구현되기 위하여, 수신용 안테나(210)의 코일(211)은 다이폴 코일로 구현될 수 있다.
코일(211)은 다층 구조로 배치될 수 있다. 코일(211)을 단일 평면상에 배치할 경우에 폭이 넓어지는 문제점이 발생한다. 폭이 넓어질 경우 무선 전력 수신 장치(200)나 디스플레이 장치(300)의 형태상 내부에 배치하기 어렵다는 문제가 있다. 따라서, 본 개시의 일 실시 예에 따른 수신용 안테나(210)는 다층 구조로 배치된 코일(211)을 포함할 수 있다.
다층 구조를 이루는 코일(211)의 각각의 층은 평면상에서 이격된 두 개의 가상 점을 중심으로 이중 스파이럴 형태로 권선된 도선을 포함할 수 있다. 그리고 한 층의 이중 스파이럴 형태로 권선된 도선은 다음 층의 이중 스파이럴 형태로 권선도니 도선과 직렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 송신용 안테나(110)의 제1 형태의 제1 코일(113-1)과 같이 이중 스파이럴 구조이나, 코일(211)의 단일 층은 길이 방향으로 긴 형태로 권선된 도선일 수 있다.
수신 안테나(210)에서 공진 현상이 발생할 경우 코일 양단 사이의 전압이 높아져 절연 파괴가 일어나 화재와 같은 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 절연체(213)는 다층 구조의 코일(211) 사이에 삽입될 수 있다.
또한, 코일(211) 양단 사이의 전압을 낮추기 위하여, 각 층의 코일(211) 양단에 직렬로 콘덴서(215)가 배치할 수 있다. 콘덴서(215)의 캐패시턴스는 공진 주파수를 고려하여 결정될 수 있다.
자성체 코어(217)는 코일(211)의 중앙의 빈 공간에 삽입되는 돌출부 및 코일(211)의 상단을 덮는 상부를 갖는 형태로 구현될 수 있다. 자성체 코어(217)는 코일(211)을 통과하는 자속을 강화할 수 있다. 자성체 코어(217)는 폭이나 두께보다 길이가 10배 이상 긴 바 형태일 수 있다.
또한, 자성체 코어(217')는 코일(211)을 감싸는 외곽부를 더 포함하는 형태로도 구현될 수 있다. 즉, 외곽부를 포함하는 자성체 코어(217')는 좌우측에서 바라볼 때 'E'자가 우측으로 90도 회전된 형상일 수 있다.
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신용 안테나(210)의 구조를 도시한 도면이다. 도 12에는 다층 구조로 구현된 코일(211) 및 절연체(213)가 겹쳐진 모습을 도시하였다. 또한, 자성체 코어(217)의 상단이 코일(211)에 비해 송신용 안테나(110)에서 먼 위치에 배치될 수 있다.
도 13에는 본 개시의 일 실시 예에 따른 수신용 안테나(210)의 다층 구조를 분해한 도면이다. 수신용 안테나(210)의 상단에는 자성체 코어(217)가 배치될 수 있다. 자성체 코어(217)는 하방으로 돌출부가 존재하여 이중 스파이럴 구조의 코어(211) 및 코어(211)와 동일한 모양으로 코어(211)의 각 층 사이에 삽입되는 절연체(213)의 빈 공간에 삽입될 수 있다.
사운드바의 디자인을 해치지 않으면서도 무선 전력 수신 장치로서 기능하기 위하여, 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)는 다층 구조로 코일(211)을 배치하였다. 다층 구조로 코일(211)을 배치한 결과, 수신용 안테나(210)는 단층 구조에 비하여 폭을 줄일 수 있다.
다층 구조를 이루는 코일(211)의 각각의 층(211-1, 211-2, 211-3, 211-4)은 평면상에서 이격된 두 개의 가상 점을 중심으로 이중 스파이럴 형태로 권선된 도선을 포함할 수 있다. 그리고 한 층의 이중 스파이럴 형태로 권선된 도선은 다음 층의 이중 스파이럴 형태로 권선된 도선과 직렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 1층의 도선(211-1)의 끝 점은 2층의 도선(211-2)의 시작 점과 직렬 연결될 수 있다. 그리고 1층의 도선(211-1)의 시작 점과 마지막 층(211-4)의 끝 점은 전원부(220)의 정류기와 연결될 수 있다. 도 13에서는 +, -로 정류기와 연결됨을 표현하였다.
단층 구조일 경우에는 코일(211)의 도선이 바로 다음 턴의 도선과 인접하게 되어 도선의 피복이 충분히 전압 차이를 견딜수 있다. 하지만, 다층 구조일 경우에는 코일(211)의 도선이 아래 층의 도선과 인접하게 된다. 예를 들어, 각각의 층에서 도선이 20회 권선(좌측 스파이럴에서 10회, 우측 스파이럴에서 10회)된 코일(211)의 경우, 1층의 도선과 2층의 도선은 20 턴의 차이가 발생한다. 턴 수가 차이가 날수록 전압 차이가 커지기 때문에, 다층 구조로 구현한 코일(211)에서는 전압 차이를 줄이는 방안이 고려되어야 한다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 코일(211)의 각 층 사이에는 절연체(213)가 삽입될 수 있다. 이에 따라 다른 층의 도선과의 전압 차이에 의한 절연 파괴 현상을 방지할 수 있다. 또한, 코일(211)의 각 층의 양 단에 콘덴서(215)가 직렬 연결될 수 있다. 콘덴서(215)는 공진시 발생할 수 있는 코일 양단의 높은 전압을 낮출 수 있다.
도 14는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 수신용 안테나(210)를 도시한 도면이다. 도 14에서는 자성체 코어(217')의 모양이 도 13에 도시된 수신용 안테나(210)의 자성체 코어(270)와 상이하다. 도 14의 실시 예에 따른 자성체 코어(217')는 코일(211)을 감싸는 외곽부를 더 포함할 수 있다. 외곽부가 더 포함됨으로 인하여, 자성체 코어(217')는 무선 전력 수신 장치(200)의 전방 및 후방으로 누설되는 자기장을 줄일 수 있다.
상술한 바와 같은 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 시스템(1000)은 디자인을 변경하지 않으면서도 최적의 무선 전력 송수신 시스템을 구현할 수 있다.
본 개시의 실시 예에서는 전원 콘센트의 위치 및 디스플레이 장치(300)의 위치를 고려하여, 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)를 각각 우퍼와 사운드바로 구현할 수 있다. 이를 통해 추가 장치 없이도 무선으로 디스플레이 장치(300)가 전원을 공급받을 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)는 우퍼와 사운드바의 형태를 고려하여 각각 듀얼 코일 형태와 다층 구조의 다이폴 코일 형태로 송신 안테나 및 수신 안테나를 구현할 수 있다. 따라서 디자인 변경 없이도 최적의 무선 전력 송수신 시스템이 구현될 수 있다.
이상과 같이 본 개시는 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 개시는 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 개시가 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1000: 디스플레이 시스템 100: 무선 전력 송신 장치
110: 송신 안테나 111: 자성체 코어
113: 제1 코어 115: 제2 코어
120: 전원부 130: 스피커
140: 통신부 150: 프로세서
200: 무선 전력 수신 장치 210: 수신 안테나
211: 코일 213: 절연체
215: 콘덴서 217: 자성체 코어
220: 전원부 230: 스피커
240: 통신부 250: 프로세서
300: 디스플레이 장치

Claims (14)

  1. 디스플레이 시스템에 있어서,
    무선 전력 송신 장치;
    무선 전력 수신 장치; 및
    상기 무선 전력 수신 장치로부터 전원을 공급받는 디스플레이 장치;를 포함하고,
    상기 무선 전력 송신 장치는,
    제1 코일 및 상기 제1 코일의 상단에 배치되는 폐루프의 제2 코일을 포함하며, 상기 제1 코일에 전원을 인가하여 상기 무선 전력 수신 장치가 위치한 방향으로 자기장을 발생하고,
    상기 무선 전력 수신 장치는,
    상기 발생된 자기장이 인가되면 복수의 절연체가 삽입된 다층 구조의 코일을 이용하여 전원을 생성하고, 상기 생성된 전원을 상기 디스플레이 장치로 전송하는 디스플레이 시스템.
  2. 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    송신 안테나; 및
    상기 송신 안테나에 전원을 공급하는 전원부;를 포함하고,
    상기 송신 안테나는,
    자성체 코어;
    상기 자성체 코어의 상단에 배치되고, 상기 전원부로부터 전류가 인가되면 자기장을 생성하는 제1 코일; 및
    상기 제1 코일의 상단에 이격되어 배치되고 좌우에 서로 다른 방향으로 권선된 2개의 폐루프 도선을 포함하며, 상기 제1 코일에서 생성된 자기장을 증폭 또는 집속하는 제2 코일;을 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 코일은,
    한 평면상에서 중심축을 기준으로 좌우에 배치된 서로 다른 방향으로 권선된 도선을 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 자성체 코어는,
    상기 제1 코일의 중심축 방향 및 상기 제2 코일이 위치한 방향에 수직인 방향으로 배치된 복수의 자성체로 구성되는 무선 전력 송신 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 코일은,
    평면상에서 이격된 두 개의 가상 점을 중심으로 각각 권선된 이중 스파이럴 형태로 배치된 단일 도선인 무선 전력 송신 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 코일은,
    평면상에서 이격된 두 개의 가상 점을 중심으로 각각 권선된 이중 스파이럴 형태로 배치된 단일 도선의 기설정된 영역이 인접한 수직 평면에 배치된 형태인 무선 전력 송신 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2 코일은,
    평면상에서 이격된 두 개의 가상 점을 중심으로 각각 권선된 이중 스파이럴 형태로 배치된 폐루프인 제1 형태 및 상기 두 개의 가상 점을 중심으로 각각 권선된 이중 헬리컬 형태로 배치된 폐루프인 제2 형태 중 하나의 형태인 무선 전력 송신 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    스피커; 및
    상기 스피커에서 출력할 음성 신호를 수신하는 통신부;를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  9. 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    수신 안테나; 및
    상기 수신 안테나에서 생성된 전원을 외부로 전송하는 전원부;를 포함하고,
    상기 수신 안테나는,
    다층 구조로 배치되고 자기장이 인가되면 전류를 생성하는 코일;
    상기 코일의 다층 구조 사이에 삽입된 복수의 절연체; 및
    상기 코일의 중앙으로 삽입되는 돌출부를 포함하는 자성체 코어;를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코일의 다층 구조를 이루는 각각의 층은,
    평면상에서 이격된 두 개의 가상 점을 중심으로 이중 스파이럴 형태로 권선된 도선을 포함하고, 한 층의 이중 스파이럴 형태로 권선된 도선은 다음 층의 이중 스파이럴 형태로 권선된 도선과 직렬 연결된 무선 전력 수신 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이중 스파이럴 형태의 도선에 각각 직렬로 연결된 콘덴서;를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 자성체 코어는,
    폭이나 두께보다 길이가 10배 이상 긴 바 형태인 무선 전력 수신 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 자성체 코어는,
    상기 코일을 감싸는 외곽부;를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    스피커;
    복수의 음성 신호를 수신하는 통신부; 및
    상기 수신된 복수의 음성 신호 중 일부를 스피커에서 출력하고, 상기 수신된 복수의 음성 신호 중 나머지 음성 신호를 외부 장치로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 프로세서;를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
KR1020170014491A 2017-02-01 2017-02-01 디스플레이 시스템, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치 KR20180089763A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170014491A KR20180089763A (ko) 2017-02-01 2017-02-01 디스플레이 시스템, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치
EP18150728.6A EP3358700A1 (en) 2017-02-01 2018-01-09 Display system, wireless power transmission apparatus, and wireless power reception apparatus
US15/870,394 US20180219425A1 (en) 2017-02-01 2018-01-12 Display system, wireless power transmission apparatus, and wireless power reception apparatus
CN201810082300.7A CN108377037B (zh) 2017-02-01 2018-01-29 显示系统、无线电力发送设备和无线电力接收设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170014491A KR20180089763A (ko) 2017-02-01 2017-02-01 디스플레이 시스템, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180089763A true KR20180089763A (ko) 2018-08-09

Family

ID=60990644

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170014491A KR20180089763A (ko) 2017-02-01 2017-02-01 디스플레이 시스템, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180219425A1 (ko)
EP (1) EP3358700A1 (ko)
KR (1) KR20180089763A (ko)
CN (1) CN108377037B (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10581278B2 (en) 2017-08-22 2020-03-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless power transceiver and display apparatus with the same
WO2021006454A1 (ko) 2019-07-05 2021-01-14 엘지전자 주식회사 무선 전력 송수신 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템
KR102213633B1 (ko) 2019-08-08 2021-02-05 엘지전자 주식회사 무선 전력 송수신 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템
KR20210025366A (ko) 2019-08-27 2021-03-09 엘지전자 주식회사 무선 전력 송수신 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템
WO2021230396A1 (ko) * 2020-05-13 2021-11-18 엘지전자 주식회사 디스플레이 장치

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102669965B1 (ko) * 2016-09-05 2024-05-29 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 시스템
KR20180092391A (ko) * 2017-02-09 2018-08-20 삼성전자주식회사 디스플레이 장치와 이를 포함하는 디스플레이 시스템 및 그 구동방법들
US11277029B2 (en) * 2017-05-26 2022-03-15 Nucurrent, Inc. Multi coil array for wireless energy transfer with flexible device orientation
WO2020017938A1 (ko) * 2018-07-20 2020-01-23 주식회사 아모센스 드론 스테이션
KR102602642B1 (ko) * 2018-09-18 2023-11-16 삼성전자주식회사 무선 충전 장치
CN109066920A (zh) 2018-09-29 2018-12-21 京东方科技集团股份有限公司 一种拼接显示屏及其供电方法、显示装置
KR102637687B1 (ko) * 2018-11-30 2024-02-20 삼성디스플레이 주식회사 표시장치
KR102624909B1 (ko) * 2018-12-28 2024-01-12 엘지전자 주식회사 다중 코일을 이용한 무선 충전 장치 및 이를 포함하는 무선 충전 시스템
CN110189897A (zh) * 2019-05-07 2019-08-30 许继电源有限公司 一种无线充电线圈
CN113099361B (zh) * 2020-01-09 2023-01-24 北京小米移动软件有限公司 扬声器、音频模组及终端设备
CN111864913A (zh) * 2020-06-23 2020-10-30 广东工业大学 一种升压型无线电能传输线圈及线圈的绕制方法
US11283303B2 (en) 2020-07-24 2022-03-22 Nucurrent, Inc. Area-apportioned wireless power antenna for maximized charging volume
US11695302B2 (en) 2021-02-01 2023-07-04 Nucurrent, Inc. Segmented shielding for wide area wireless power transmitter

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4896820B2 (ja) * 2007-05-29 2012-03-14 ソニー・エリクソン・モバイルコミュニケーションズ株式会社 コイルモジュール装置
DE102007060811A1 (de) * 2007-09-01 2009-03-05 Maquet Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einem Quellgerät und mindestens einem Zielgerät
KR101948276B1 (ko) * 2009-02-05 2019-02-14 오클랜드 유니서비시즈 리미티드 유도 전력 전송 장치
CN102013736B (zh) * 2009-09-03 2013-10-16 Tdk株式会社 无线馈电装置和无线电力传输系统
US9294840B1 (en) * 2010-12-17 2016-03-22 Logitech Europe S. A. Ease-of-use wireless speakers
JP5781882B2 (ja) * 2011-09-29 2015-09-24 トヨタ自動車株式会社 送電装置、車両および電力伝送システム
EP2852025B1 (en) * 2012-05-14 2020-07-22 LG Electronics, Inc. Wireless power transfer device and wireless charging system having same
WO2015033407A1 (ja) * 2013-09-04 2015-03-12 株式会社日立製作所 電力伝送装置
KR20160102779A (ko) * 2015-02-23 2016-08-31 한국전자통신연구원 무선 전력 전송 장치, 이를 포함하는 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 방법
CN106208408B (zh) * 2016-09-13 2019-04-30 宁波柔印电子科技有限责任公司 无线充电接收线圈及其制备方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10581278B2 (en) 2017-08-22 2020-03-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless power transceiver and display apparatus with the same
US11171515B2 (en) 2017-08-22 2021-11-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless power transceiver and display apparatus with the same
WO2021006454A1 (ko) 2019-07-05 2021-01-14 엘지전자 주식회사 무선 전력 송수신 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템
KR102213633B1 (ko) 2019-08-08 2021-02-05 엘지전자 주식회사 무선 전력 송수신 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템
KR20210025366A (ko) 2019-08-27 2021-03-09 엘지전자 주식회사 무선 전력 송수신 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 시스템
WO2021230396A1 (ko) * 2020-05-13 2021-11-18 엘지전자 주식회사 디스플레이 장치
US11522280B2 (en) 2020-05-13 2022-12-06 Lg Electronics Inc. Display device

Also Published As

Publication number Publication date
CN108377037B (zh) 2023-07-21
CN108377037A (zh) 2018-08-07
EP3358700A1 (en) 2018-08-08
US20180219425A1 (en) 2018-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180089763A (ko) 디스플레이 시스템, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치
JP6264437B2 (ja) 給電装置、給電システムおよび電子機器
KR101197579B1 (ko) 감쇄파 공진을 이용한 공간 적응형 무선전력전송 시스템 및 방법
US10002707B2 (en) Induction coil structure for wireless charging device
JP5471283B2 (ja) ワイヤレス給電装置、ワイヤレス受電装置およびワイヤレス電力伝送システム
US10075021B2 (en) Wireless power transmission system for transmitting alternating-current power wirelessly
JP2012244763A (ja) 給電装置、給電システムおよび電子機器
TW200826366A (en) Antenna coil and antenna unit
JP7186698B2 (ja) ワイヤレス電力送信機、ワイヤレス電力送信システム及びワイヤレス電力送信システム駆動方法
JP2015012066A (ja) ワイヤレス電力伝送用コイルユニット
US11171515B2 (en) Wireless power transceiver and display apparatus with the same
JP2019530408A (ja) 無線電力伝送装置、無線電力送信システム、及び無線電力送信システムを駆動する方法
KR20170041706A (ko) 무선 전계 송전 시스템, 이를 위한 송신기 및 수신기, 및 무선 송전 방법
JP2014175514A (ja) 給電側コイル及び非接触給電装置
KR102489424B1 (ko) 무선 전력 송수신장치 및 이를 구비한 디스플레이장치
JP2019535224A (ja) 無線電力伝送装置、無線電力送信システム、及び無線電力送信システムを駆動する方法
US20180331582A1 (en) Radio frequency (rf) power source and method for use with a wireless power transmitter of a wireless power transfer system
JP7060167B2 (ja) 電子機器
US7674978B2 (en) Wire harness, lighting device, backlight device, and liquid crystal display device
KR102670579B1 (ko) 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치
US10930430B2 (en) Coil assembly
JPWO2007066405A1 (ja) 通信装置
JP6760806B2 (ja) 無線給電装置
KR20200052034A (ko) 무선 충전 패드 및 무선 충전 장치
JP5461277B2 (ja) アンテナ装置、送電装置、受電装置および非接触電力伝送システム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal