KR20190066530A

KR20190066530A - Coil apparatus for generating magnetic field for wireless power transmission

Info

Publication number: KR20190066530A
Application number: KR1020180075693A
Authority: KR
Inventors: 안승영; 이범선; 김홍균; 황가람
Original assignee: 한국과학기술원; 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2019-06-13
Also published as: KR102069097B1

Abstract

A coil apparatus for generating a magnetic field for wireless power transmission is disclosed. According to an embodiment of the present invention, the coil apparatus for generating a magnetic field comprises: a ring-shaped core; a power transmitting coil unit wound in one direction of the core to form a magnetic field on a magnetic field forming surface; and a canceling coil unit connected to the end of the power transmitting coil unit and wound around the core in a direction opposite to a winding direction of the power transmitting coil unit to suppress the magnetic field.

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a coil device for generating a magnetic field for wireless power transmission,

본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것으로, 보다 상세하게는 할바흐 어레이(Halbach array)를 이용하여 일 방향으로 자기장을 집중시킬 수 있는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치에 관한 것이다.Field of the Invention [0003] The present invention relates to wireless power transmission, and more particularly, to a magnetic field generating coil device capable of concentrating a magnetic field in one direction using a Halbach array.

무선 전력 전송 시스템은 전기 에너지를 무선으로 전송하는 무선전력 전송장치와 무선전력 전송장치로부터 전기 에너지를 수신하는 무선전력 수신장치를 포함한다. A wireless power transmission system includes a wireless power transmission device for wirelessly transmitting electrical energy and a wireless power reception device for receiving electrical energy from the wireless power transmission device.

무선 전력 전송 시스템을 이용하면, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결 하지 않고 단지 휴대폰을 충전 패드에 올려놓음으로써, 휴대폰의 배터리를 충전하는 것이 가능하다. With the wireless power transmission system, it is possible to charge the battery of the mobile phone, for example, by simply placing the mobile phone on the charging pad without connecting a separate charging connector to the mobile phone.

무선으로 전기 에너지를 전달하는 방식은, 전기 에너지를 전달하는 원리에 따라 자기 유도 방식, 자기 공진 방식 및 전자기파 방식으로 구분할 수 있다. The method of transmitting electric energy by radio can be classified into a magnetic induction method, a magnetic resonance method and an electromagnetic wave method according to the principle of transferring electric energy.

자기 유도 방식은 송신부 코일과 수신부 코일 사이에서 전기가 유도되는 현상을 이용하여 전기 에너지를 전달하는 방식이다. The magnetic induction method is a method of transferring electrical energy using a phenomenon in which electricity is induced between a transmitting coil and a receiving coil.

자기 공진 방식은 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 생성하여 동일한 공진주파수로 설계된 수신부 코일에 에너지가 집중적으로 전달되는 방식이다. The self-resonance method generates a magnetic field that oscillates at a resonant frequency in a transmitter coil, and energy is intensively transmitted to a receiver coil designed at the same resonant frequency.

전자기파 또는 마이크로파 방식은 송신부에서 발생된 전자기파를 수신부에서 단일 또는 복수의 안테나를 이용하여 전자기파를 수신하여 전기 에너지로 변환하는 방식이다. An electromagnetic wave or a microwave method is a method in which an electromagnetic wave generated by a transmitter is received by a receiver using one or more antennas and converted into electric energy.

한편, 무선 전력 전송 기술은 송신부 코일과 수신부 코일의 자기 공진 결합(magnetic resonant coupling)의 형태 내지 강도에 따라 유연하게 결합된 무선 전력 전송 기술(flexibly coupled wireless power transfer technology, 이하 'flexibly coupled technology')과 단단하게 결합된 무선 전력 전송 기술(tightly coupled wireless power transfer technology, 이하 'tightly coupled technology ')으로 구분될 수 도 있다. In the meantime, the wireless power transmission technology can be flexibly coupled to a wireless power transfer technology (hereinafter referred to as " flexibly coupled technology ") according to the form or strength of magnetic resonant coupling of a transmitter coil and a receiver coil. And tightly coupled wireless power transfer technology (hereinafter referred to as " tightly coupled technology ").

이때, 'flexibly coupled technology'의 경우 하나의 송신부 공진기와 다수의 수신부 공진기들 사이에 자기 공진 결합이 형성될 수 있기 때문에, 동시 다중 충전(Concurrent Multiple Charging)이 가능할 수 있다. At this time, in the case of 'flexibly coupled technology', since a self-resonant coupling can be formed between one transmitting-side resonator and a plurality of receiving-side resonators, concurrent multiple charging can be performed.

이때, 'tightly coupled technology '는 단지 하나의 송신부 코일과 하나의 수신부 코일 간의 전력 전송(one-to-one power transmission) 만이 가능한 기술일 수 있다.At this time, 'tightly coupled technology' may be a technology capable of only one-to-one power transmission between only one transmitter coil and one receiver coil.

무선 전력 전송 시스템은 가정, 사무실, 공항, 열차 안 등 복잡한 무선채널 환경에서 적용될 수 있다. Wireless power transmission systems can be applied in complex wireless channel environments, such as in homes, offices, airports, and trains.

또한, 무선 전력 전송 시스템은 3차원 공간에서 비콘 측위기술 등을 바탕으로 배열 안테나의 3차원 빔패턴을 합성하여 무선기기/IoT 디바이스/웨어러블 기기를 충전하는 환경에도 적용될 수 있다.Also, the wireless power transmission system can be applied to an environment in which a wireless device / IoT device / wearable device is charged by synthesizing a three-dimensional beam pattern of an array antenna based on a beacon positioning technique in a three-dimensional space.

한편, 무선 전력 전송 시스템의 누설 전자기장(Electro Magnetic Field, EMF)을 억제하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.On the other hand, much research has been carried out to suppress the electromagnetic field (EMF) of the wireless power transmission system.

이를 해결하기 위한 일반적인 방법은 페리 자성 물질을 사용하는 차폐 방법이다. 하지만, 페리 자성 물질의 이용은 중량과 정전용량을 증가시키고, 전체 제조비용을 증가시킨다. A common method for solving this is a shielding method using a ferrimagnetic material. However, the use of ferrimagnetic materials increases the weight and capacitance and increases the overall manufacturing cost.

한국 공개특허 제10-2013-0021263호, "전자기장 차폐망"Korean Patent Publication No. 10-2013-0021263, "Electromagnetic Field Shielding Mnet"

본 발명은 가정, 사무실, 공항, 열차 안 등 복잡한 무선채널 환경에서 적용될 수 있는 무선 전력 전송 시스템을 제공하고자 한다.The present invention provides a wireless power transmission system that can be applied to a complex wireless channel environment such as a home, an office, an airport, a train, and the like.

또한, 본 발명은 할바흐 어레이를 이용하여 일 방향으로 자기장을 집중 시킬 수 있는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치를 제공하고자 한다.The present invention also provides a magnetic field generating coil device capable of concentrating a magnetic field in one direction using a Halbach array.

또한, 본 발명은 할바흐 어레이를 이용하여 누설 전자기장을 최소화할 수 있는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치를 제공하고자 한다.In addition, the present invention provides a magnetic field generating coil device capable of minimizing a leakage electromagnetic field by using a Harbach array.

또한, 본 발명은 낮은 중량과 정전용량을 가지고 누설 전자기장을 최소화할 수 있는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치를 제공하고자 한다.It is another object of the present invention to provide a magnetic field generating coil device capable of minimizing a leakage electromagnetic field with a low weight and an electrostatic capacity.

또한, 본 발명은 낮은 비용으로 누설 전자기장을 최소화할 수 있는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치를 제공하고자 한다.The present invention also provides a magnetic field generating coil device capable of minimizing a leakage electromagnetic field at low cost.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송을 위한 마그네틱 필드 생성용 코일 장치는, 링 형태를 가지는 코어와, 상기 코어의 일 측 방향으로 감겨 자기장 형성 면에 자기장을 형성하는 전력 전송 코일부과, 상기 전력 전송 코일부의 끝단에 연결되고, 상기 코어의 외곽에 상기 전력 전송 코일부의 권선 방향과 반대 방향으로 감겨 자기장을 억제하는 캔슬링 코일부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a magnetic field generating coil device for wireless power transmission, comprising: a ring-shaped core; and a coil wound on one side of the core to form a magnetic field on a magnetic field- And a canceling coil part connected to an end of the power transmission coil part and wound around the outer periphery of the core in a direction opposite to the winding direction of the power transmission coil part to suppress a magnetic field.

또한, 상기 코어는, 원형, 삼각형, 사각형 또는 다각형의 링 형태일 수 있다.The core may also be in the form of a ring of circular, triangular, square or polygonal shape.

또한, 상기 전력 전송 코일부는, 상기 코어의 자기장 형성 면에 접하여 일 측 방향으로 감겨서 형성된 제1 전력 전송 코일과, 상기 코어의 외주 면에 접하여 일 측 방향으로 감겨서 형성되는 제2 전력 전송 코일과, 상기 코어의 내주 면에 접하여 일 측 방향으로 감겨서 형성되는 제3 전력 전송 코일을 포함할 수 있다.The power transmission coil unit may include a first power transmission coil formed by being wound in one direction in contact with the magnetic field forming surface of the core and a second power transmission coil wound around the outer circumferential surface of the core in one direction, And a third power transmission coil wound in one direction in contact with the inner circumferential surface of the core.

또한, 상기 캔슬링 코일부는, 상기 자기장 형성 면의 반대 면에 접하여 일 측 방향과 반대 방향으로 감겨서 형성된 제1 캔슬링 코일과, 상기 코어의 외주 면에 감겨진 제2 전력 전송 코일에 접하여 일 측 방향과 반대 방향으로 감겨서 형성된 제2 캔슬링 코일을 포함할 수 있다.The canceling coil unit includes a first canceling coil formed by winding in a direction opposite to the one side direction in contact with the opposite surface of the magnetic field forming surface, and a second canceling coil wound around the second power transmission coil wound on the outer circumferential surface of the core, And a second canceling coil formed by winding in a direction opposite to that of the first canceling coil.

또한, 상기 제2 전력 전송 코일과 상기 제2 캔슬링 코일 사이에 설치되어 코일 간섭을 억제하는 절연체를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an insulator provided between the second power transmission coil and the second canceling coil to suppress coil interference.

본 발명에 따르면, 가시 거리 및 비 가시거리 환경에서 3차원 선택적 공간에 대한 고효율 무선 전력 전송 시스템을 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide a high efficiency wireless power transmission system for a three-dimensional selective space in visible and non-visible ranges.

본 발명에 따르면, 할바흐 어레이를 이용하여 일 방향으로 자기장을 집중 시킬 수 있는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a magnetic field generating coil device capable of concentrating a magnetic field in one direction by using a Halbach array.

본 발명에 따르면, 할바흐 어레이를 이용하여 누설 전자기장을 최소화할 수 있는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a magnetic field generating coil device capable of minimizing a leakage electromagnetic field by using a Halbach array.

본 발명에 따르면, 낮은 중량과 정전용량을 가지고 누설 전자기장을 최소화할 수 있는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a magnetic field generating coil device capable of minimizing a leakage electromagnetic field with a low weight and an electrostatic capacity.

본 발명에 따르면, 낮은 비용으로 누설 전자기장을 최소화할 수 있는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a magnetic field generating coil device capable of minimizing a leakage electromagnetic field at low cost.

도 1은 무선 전력 전송 시스템이 적용되는 환경을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 도 1과 같은 환경에서 다양한 방식으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에서 무선 충전 패드부의 구성 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 충전 패드부의 무선 충전 패드의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 무선 충전 패드에 충전 대상 디바이스가 놓인 경우 무선 충전 패드의 동작 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 구동 제어부 및 코일 구동부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 코일 구동부의 구성 예 및 소형 전력 전송 코일과 코일 구동부의 연결관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 2에서 근접장 전력 전송부의 구성 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 2에서 마이크로파 전력 전송부의 구성 및 동작 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 할바흐 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 필드 생성용 코일 장치의 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 코어의 구성 예이다.
도 13은 할바흐 어레이를 적용하기 위한 마그네틱 필드 생성용 코일 장치의 전류 방향을 나타내는 도면이다.
도 14는 도 12의 코어에 할바흐 어레이를 적용한 마그네틱 필드 생성용 코일 장치의 단면도이다.
도 15는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치의 사시도이다.
도 16은 전력 전송 코일부를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 캔슬링 코일부를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 시뮬레이션 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 도 18의 시뮬레이션 환경에서의 자기장 분포를 나타낸 도면이다.
도 20은 도 18의 시뮬레이션 환경에서의 자기장의 크기를 나타낸 그래프이다.1 is an exemplary diagram illustrating an environment in which a wireless power transmission system is applied.
FIG. 2 is a view for explaining a wireless power transmission apparatus capable of transmitting power in various ways in the same environment as FIG.
FIG. 3 is a view for explaining a configuration example of a wireless charging pad unit in FIG.
4 is a view for explaining a configuration example of a wireless charging pad of a wireless charging pad unit according to an embodiment.
5 is a diagram for explaining an example of the operation of the wireless charging pad when the device to be charged is placed on the wireless charging pad shown in FIG.
6 is a diagram showing a configuration example of the drive control unit and the coil drive unit shown in FIG.
7 is a diagram for explaining a configuration example of a coil driver according to an embodiment and a connection relationship between a small power transmission coil and a coil driver.
FIG. 8 is a diagram for explaining a configuration example of a near field power transmission unit in FIG.
FIG. 9 is a diagram for explaining the configuration and operating environment of the microwave power transmitting unit in FIG.
10 is a view for explaining a Halbach array.
11 is a cross-sectional view of a magnetic field generating coil device according to an embodiment of the present invention.
12 is a configuration example of the core shown in Fig.
13 is a view showing a current direction of a magnetic field generating coil device for applying a Halbach array.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a magnetic field generating coil device to which a Halbach array is applied to the core of FIG. 12; FIG.
15 is a perspective view of a magnetic field generating coil device.
16 is a diagram for explaining a portion of a power transmission coil.
FIG. 17 is a view for explaining a part of a canceling coil. FIG.
18 is a diagram for explaining a simulation environment.
19 is a diagram showing the magnetic field distribution in the simulation environment of Fig.
20 is a graph showing the magnitude of the magnetic field in the simulation environment of FIG.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.

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. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

본 명세서에서 사용되는 “실시예”, “예”, “측면”, “예시” 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, the terms "embodiment," "example," "side," "example," and the like should be construed as advantageous or advantageous over any other aspect or design It does not.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다. Also, the term 'or' implies an inclusive or 'inclusive' rather than an exclusive or 'exclusive'. That is, unless expressly stated otherwise or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the phrase "a" or "an ", as used in the specification and claims, unless the context clearly dictates otherwise, or to the singular form, .

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Furthermore, the terms first, second, etc. used in the specification and claims may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The terminology used herein is a term used for appropriately expressing an embodiment of the present invention, which may vary depending on the user, the intent of the operator, or the practice of the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.

도 1은 무선 전력 전송 시스템이 적용되는 환경을 설명하기 위한 예시도이다. 1 is an exemplary diagram illustrating an environment in which a wireless power transmission system is applied.

도 1에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전송 환경은 가정의 거실, 룸(room), 사무실, 공항, 열차와 같은 3차원 공간일 수 있다. As shown in FIG. 1, the wireless power transmission environment may be a three-dimensional space such as a living room, a room, an office, an airport, or a train in a home.

3차원 공간 상에서 전력 전송은 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식의 근접 장 전송(Near field Wireless Power Transform)을 사용할 수 있다. 또한, 전력 수신 장치의 위치나 종류에 따라 근거리 및 원거리를 커버할 수 있는 전자기파 방식이 사용될 수 있다. The power transmission in the three-dimensional space can use a magnetic induction or Near Field Wireless Power Transform. Further, an electromagnetic wave system that can cover near and far depending on the location and type of the power receiving apparatus can be used.

한편, 전력 수신 장치는 통신 디바이스일 수 있고, 3차원 공간 상에는 전자기파로부터 에너지를 수집할 수 있는 RF Harvesting Device가 구비될 수 도 있다. Meanwhile, the power receiving device may be a communication device, and an RF Harvesting Device capable of collecting energy from electromagnetic waves may be provided on the three-dimensional space.

도 2는 도 1과 같은 환경에서 다양한 방식으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 2 is a view for explaining a wireless power transmission apparatus capable of transmitting power in various ways in the same environment as FIG.

도 2를 참조하면, 전력 전송 장치는 무선 충전 패드부(210), 근접장 전력 전송부(220) 및 마이크로파 전력 전송부(230) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 2, the power transmission apparatus may include at least one of a wireless charging pad unit 210, a near-field power transmission unit 220, and a microwave power transmission unit 230.

다시 말해, 도 2에 무선 충전 패드부(210), 근접장 전력 전송부(220) 및 마이크로파 전력 전송부(230)가 모두 도시되어 있으나, 3차원 공간 환경에 따라 어느 하나의 전력 전송 방식을 사용하는 전력 전송 장치만이 구비될 수 도 있다. In other words, although the wireless charging pad unit 210, the near-field power transmission unit 220, and the microwave power transmission unit 230 are all shown in FIG. 2, any one of the power transmission schemes Only a power transmission device may be provided.

따라서, 이하의 설명에서 무선 전력 전송 장치 또는 전력 전송 장치는 무선 충전 패드부(210), 근접장 전력 전송부(220) 및 마이크로파 전력 전송부(230) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Therefore, in the following description, it should be understood that the wireless power transmission apparatus or the power transmission apparatus includes at least one of the wireless charging pad unit 210, the near field power transmission unit 220, and the microwave power transmission unit 230.

제어부(240)는 무선 충전 패드부(210), 근접장 전력 전송부(220) 및 마이크로파 전력 전송부(230) 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어할 수 있다. The control unit 240 may control the operation of at least one of the wireless charging pad unit 210, the near field power transmission unit 220, and the microwave power transmission unit 230.

제어부(240)는 3차원 공간의 환경을 모니터링할 수 있고, 모니터링 결과에 기초하여 무선 충전 패드부(210), 근접장 전력 전송부(220) 및 마이크로파 전력 전송부(230) 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어할 수 있다.The controller 240 can monitor the environment of the three-dimensional space and can control the operation of at least one of the wireless charging pad unit 210, the near-field power transmission unit 220, and the microwave power transmission unit 230 based on the monitoring result. Can be controlled.

예를 들어, 제어부(240)는 원거리 전송이 필요 없는 경우 무선 충전 패드부(210) 및 근접장 전력 전송부(220)를 동작하도록 하고, 마이크로파 전력 전송부(230)는 동작하지 않도록 제어 기능을 수행할 수 있다. For example, the control unit 240 controls the wireless charging pad unit 210 and the near-field power transmission unit 220 when remote transmission is unnecessary, and controls the microwave power transmission unit 230 to not operate can do.

무선 충전 패드부(210)는 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전송할 수 있다. The wireless charging pad unit 210 can transmit power by a magnetic induction method or a self resonance method.

근접장 전력 전송부(220)는 자기 공진 방식으로 3차원 공간에 전력을 전송할 수 있다. The near field power transmission unit 220 can transmit power in a three-dimensional space by a self-resonant method.

마이크로파 전력 전송부(230)는 마이크로파 전력 전송 방식으로 3차원 공간에 전력을 전송할 수 있다. The microwave power transmission unit 230 can transmit power in a three-dimensional space by a microwave power transmission scheme.

한편, 원거리 장(Far Field)은 송수신단 사이의 거리가 '2x(안테나길이)²/파장' 이상인 경우로 정의될 수 있다. On the other hand, the far field can be defined as a case where the distance between the transmitting and receiving ends is 2x (antenna length) ² / wavelength or more.

도 3은 도 2에서 무선 충전 패드부의 구성 예를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 3 is a view for explaining a configuration example of a wireless charging pad unit in FIG.

도 3에 도시된 장치는 무선 충전 패드(도시 되지 않음)와 무선 충전 패드 구동 장치(210)를 포함할 수 있다. 이때, 무선 충전 패드는 도 4와 같이 구성될 수 있다.The apparatus shown in FIG. 3 may include a wireless charging pad (not shown) and a wireless charging pad driving apparatus 210. At this time, the wireless charging pad may be configured as shown in FIG.

무선 충전 패드 구동장치는 구동 제어부(315) 및 코일 구동부(317)를 포함한다. 무선 충전 패드 구동장치는 코일 결정부(313) 및 스캐닝 제어부(311)를 더 포함할 수 있다. The wireless charging pad driving apparatus includes a driving control unit 315 and a coil driving unit 317. The wireless charging pad driving apparatus may further include a coil determination unit 313 and a scanning control unit 311.

일 실시예에 따른 무선 충전 패드 구동장치는 복수의 소형 전력 전송 코일로 구성된 무선 충전 패드의 소형 전력 전송 코일들 각각을 독립적으로 구동 제어하는 구동 제어부(315) 및 구동 제어부(315)에서 입력되는 제1 제어 신호 또는 제2 제어 신호에 따라 복수의 소형 전력 전송 코일 각각을 구동하는 복수의 구동 모듈로 구성될 수 있다. The wireless charging pad driving apparatus according to an embodiment includes a driving control unit 315 for independently driving and controlling each of the small power transmission coils of a wireless charging pad composed of a plurality of small power transmission coils, And a plurality of drive modules for driving each of the plurality of small power transmission coils according to a first control signal or a second control signal.

스캐닝 제어부(311)는 복수의 소형 전력 전송 코일들로 구성된 무선 충전 패드 위의 충전 대상 디바이스를 검출하기 위해 상기 무선 충전 패드를 스캐닝한다. The scanning control unit 311 scans the wireless charging pads to detect a charging target device on the wireless charging pads constituted by a plurality of small power transmission coils.

스캐닝 제어부(311)는 각각의 소형 전력 전송 코일들의 임피던스 변화, 압력 변화 중 적어도 어느 하나를 이용하여 해당 소형 전력 전송 코일 위에 충전 대상 디바이스가 놓여 있는지를 검출 할 수 있다. The scanning control unit 311 can detect whether the device to be charged is placed on the small power transmission coil using at least one of the impedance change and the pressure change of each small power transmission coil.

코일 결정부(313)는 복수의 소형 전력 전송 코일 들 중 상기 충전 대상 디바이스의 하부에 위치하는 구동 대상 전력 전송 코일들을 확인하고, 상기 복수의 소형 전력 전송 코일 들 중 상기 구동 대상 전력 전송 코일들을 감싸는 주변 전력 전송 코일들을 확인한다. The coil determination unit 313 identifies driving target power transmission coils located below the charging target device among the plurality of small power transmission coils, Identify the peripheral power transfer coils.

구동 제어부(315)는 상기 구동 대상 전력 전송 코일들에 제1 위상을 갖는 제1 구동 전압을 인가하도록 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 주변 전력 전송 코일들에 상기 제1 위상과 다른 위상을 갖는 제2 구동 전압을 인가하도록 제2 제어 신호를 생성할 수 있다. The drive control unit 315 generates a first control signal to apply a first drive voltage having a first phase to the driven power transmission coils and outputs a control signal having a phase different from the first phase to the peripheral power transmission coils And generate a second control signal to apply the second driving voltage.

이때, 구동 대상 전력 전송 코일은 충전 대상 디바이스에 매칭되는 소형 전력 전송 코일 일 수 있다. '충전 대상 디바이스에 매칭된다'는 것은 충전 대상 디바이스의 하부에 위치하거나 충전 대상 디바이스로 전력을 전송할 수 있도록 충전 대상 디바이스의 주변에 있는 것을 의미할 수 있다. At this time, the driven power transmission coil may be a small power transmission coil matched to the device to be charged. 'Matching to the device to be charged' may mean that it is located at the lower part of the device to be charged or is located around the device to be charged so that electric power can be transmitted to the device to be charged.

이때, 제1 제어 신호는 도 6 및 도 7에서 'A'로 표시한 신호와 'A' 신호와 위상이 반대인 'B' 신호 중 'A' 신호를 선택하도록 코일 구동부(317)를 제어하는 'Select' 신호 일 수 있다. At this time, the first control signal controls the coil driver 317 to select the signal 'A' in FIGS. 6 and 7 and the 'A' signal of the 'B' signal, which is opposite in phase to the 'A' signal Quot; Select " signal.

또한, 제2 제어 신호는 도 6 및 도 7에서 'A'로 표시한 신호와 'A' 신호와 위상이 반대인 'B' 신호 중 'B' 신호를 선택하도록 코일 구동부(317)를 제어하는 'Select' 신호 일 수 있다.The second control signal controls the coil driver 317 to select the signal 'A' in FIGS. 6 and 7 and the 'B' signal of the 'B' signal, which is opposite in phase to the 'A' signal Quot; Select " signal.

코일 구동부(317)는 상기 제1 구동 신호 및 상기 제2 구동 신호를 무선 충전 패드에 인가한다. The coil driver 317 applies the first driving signal and the second driving signal to the wireless charging pad.

도 4는 일 실시예에 따른 무선 충전 패드부의 무선 충전 패드의 구성예를 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining a configuration example of a wireless charging pad of a wireless charging pad unit according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 복수의 소형 전력 전송 코일들(410)은 무선 충전 패드 상에 겹쳐지지 않는 구조인 테셀레이션(tesselation) 구조로 배치될 수 있다. Referring to FIG. 4, a plurality of small power transmission coils 410 may be arranged in a tesselation structure that is a non-overlapping structure on a wireless charging pad.

또한, 도 5는 무선 충전 패드상에 충전 대상 디바이스인 'DEVICE'가 놓여 있는 예를 나타낸다. 5 shows an example in which 'DEVICE' as a charging target device is placed on the wireless charging pad.

이때, 전체 소형 전력 전송 코일 들 중 'DEVICE'가 위치하고 있는 육각형 굵은 선 내부의 소형 전력 전송 코일 들만 동작 하도록 제어 될 수 있다.At this time, of all the small power transmission coils, only the small power transmission coils inside the hexagonal bold line where 'DEVICE' is located can be controlled to operate.

도 5는 도 4에 도시된 무선 충전 패드에 충전 대상 디바이스가 놓인 경우 무선 충전 패드의 동작 예를 설명하기 위한 도면이다. 5 is a diagram for explaining an example of the operation of the wireless charging pad when the device to be charged is placed on the wireless charging pad shown in FIG.

도 3 및 도 5를 참조하면, 스캐닝 제어부(311)는 각각의 소형 전력 전송 코일들의 임피던스 변화, 압력 변화 중 적어도 어느 하나를 이용하여 해당 소형 전력 전송 코일 위에 충전 대상 디바이스가 놓여 있는지를 검출 할 수 있다.3 and 5, the scanning control unit 311 can detect whether the charging target device is placed on the small power transmission coil using at least one of the impedance change and the pressure change of each of the small power transmission coils have.

예를 들어, 임피던스 변화를 이용하여 스캐닝하는 경우 충전 대상 디바이스가 놓인 코일의 경우 기 설정된 범위를 벗어나는 임피던스 변화가 발생하면 해당 코일 위에 충전 대상 디바이스가 놓인 것으로 판단할 수 있다. For example, when scanning is performed using an impedance change, if the impedance of the coil on which the device to be charged lies is out of a predetermined range, it can be determined that the device to be charged is placed on the corresponding coil.

또한, 각각의 소형 전력 전송 코일에 압력 감지 센서가 구비된 경우 충전 대상 디바이스가 놓인 압력 감지 센서는 압력 변화를 통해 디바이스를 검출 할 수 있다. Further, when each of the small power transmission coils is equipped with the pressure-sensitive sensor, the pressure-sensitive sensor on which the charging object device is placed can detect the device through a pressure change.

스캐닝 제어부(311)는 무선 충전 패드를 스캐닝함으로써, 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, 28 코일들 위에 충전 대상 디바이스가 위치하고 있음을 검출할 수 있다.The scanning control unit 311 scans the wireless charging pad to detect that the charging target device is located on the coils 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, .

스캐닝 제어부(311)에서 스캐닝을 수행한 결과, 충전 대상 디바이스가 놓인 위치의 하부에 구비된 코일들이 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, 28 코일들로 검출된 경우, 코일 결정부(313)는 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, 28 코일들 각각이 구동 대상 전력 전송 코일들임을 확인할 수 있다. 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27 and 28, which are provided under the position where the charging object device is placed, are scanned by the scanning control unit 311. [ The coil determination unit 313 determines that each of the coils 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, Can be confirmed.

또한, 코일 결정부(313)는 복수의 소형 전력 전송 코일 들 중 상기 구동 대상 전력 전송 코일들인 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, 28 코일들을 감싸는 2, 3, 4, 5, 6, 9, 14, 16, 22, 24, 29, 32, 33, 34, 35, 36번 코일들이 주변 전력 전송 코일들임을 확인할 수 있다. The coil determination unit 313 includes a plurality of small-sized power transmission coils 311, 312, 313, 313, 313, 313, It can be seen that the coils of 2, 3, 4, 5, 6, 9, 14, 16, 22, 24, 29, 32, 33, 34, 35 and 36 are the peripheral power transmission coils.

도 5에 도시된 예에서, 시계 방향 화살표는 제1 위상을 의미하고, 반 시계 방향 화살표는 제2 위상을 의미한다.In the example shown in Fig. 5, the clockwise arrow indicates the first phase and the counterclockwise arrow indicates the second phase.

코일 구동부(317)는 제1 제어 신호를 입력 받은 경우 제1 구동 신호를 해당 소형 전력 전송 코일로 출력하고, 제2 제어 신호를 입력 받은 경우 제2 구동 신호를 해당 소형 전력 전송 코일로 출력할 수 있다. When receiving the first control signal, the coil driving unit 317 outputs the first driving signal to the small power transmission coil, and when receiving the second control signal, the coil driving unit 317 outputs the second driving signal to the small power transmission coil have.

예를 들어, 코일 구동부(317)는 구동 대상 전력 전송 코일들인 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, 28 코일들 각각에 제1 구동 신호를 출력하고, 주변 전력 전송 코일들인 2, 3, 4, 5, 6, 9, 14, 16, 22, 24, 29, 32, 33, 34, 35, 36 코일들 각각에 제2 구동 신호를 출력할 수 있다. For example, the coil driving unit 317 applies a first driving signal to each of the coils 10, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, And outputs a second drive signal to each of the 2, 3, 4, 5, 6, 9, 14, 16, 22, 24, 29, 32, 33, 34, 35, 36 coils .

이와 같이, 충전 대상 디바이스가 위치한 곳에 놓인 코일들을 동작 시킴으로써 충전 대상 디바이스에 전력이 전송되도록 하고, 충전 대상 디바이스가 위치한 코일들 주변의 코일들은 반대 위상을 갖도록 동작 시킴으로써, 충전 대상 디바이스로 향하는 자기력 선이 증가하고 외부로 퍼지는 자기력 선은 감소시킬 수 있다. Thus, by operating the coils placed at the location of the device to be charged, electric power is transmitted to the device to be charged, and the coils around the coils where the device to be charged is located have opposite phases, And the magnetic force lines spreading to the outside can be reduced.

따라서, 충전 대상 디바이스로 전송하는 전력을 증가시키는 경우에도 전력 전송 효율을 유지하고 외부에 자기력선이 미치는 영향을 줄일 수 있다.Therefore, even when the power to be transmitted to the device to be charged is increased, the power transmission efficiency can be maintained and the influence of the magnetic field lines on the outside can be reduced.

도 6은 도 3에 도시된 구동 제어부 및 코일 구동부의 구성예를 나타내는 도면이다. 6 is a diagram showing a configuration example of the drive control unit and the coil drive unit shown in FIG.

도 6에 도시된 예는 하나의 구동 제어부(제1 구동 제어부, 631)가 4개의 구동 모듈들(642, 643, 645, 647)을 제어하는 예를 나타낸다. The example shown in FIG. 6 shows an example in which one drive control unit (first drive control unit) 631 controls four drive modules 642, 643, 645, and 647.

다시 말해, 도 9에 도시되지는 않았지만, 구동 제어부는 제1 구동 제어부(931)외에 제2 구동 제어부 및 제3 구동 제어부 등 복수로 구비될 수 있다. In other words, although not shown in FIG. 9, the drive control unit may include a plurality of second drive control units, a third drive control unit, and the like in addition to the first drive control unit 931.

이때, 제1 구동 제어부(931)는 8개의 출력 신호 단자(601~908)를 갖는 쉬프트 레지스터일 수 있다. At this time, the first drive control unit 931 may be a shift register having eight output signal terminals 601 to 908.

따라서, 쉬프트 레지스터와 같은 제1 구동 제어부(931)를 캐스케이딩 형태로 연결하는 경우 소형 전력 전송 코일들을 개별적으로 구동시키기 위한 회로는 선형적으로 확장될 수 있다. Therefore, when the first drive control unit 931 such as a shift register is connected in a cascade form, the circuit for individually driving the small power transmission coils can be linearly expanded.

구동 모듈들(642, 643, 645, 647) 각각은 소형 전력 전송 코일에 연결 될 수 있다. Each of the drive modules 642, 643, 645, 647 may be coupled to a small power transfer coil.

예를 들어, 제1 구동 모듈(642)은 제1 소형 전력 전송 코일에 연결되고, 제2 구동 모듈(643)은 제2 소형 전력 전송 코일에 연결되고, 제3 구동 모듈(645)은 제3 소형 전력 전송 코일에 연결되고, 제4 구동 모듈(647)은 제4 소형 전력 전송 코일에 연결될 수 있다. For example, the first drive module 642 is connected to the first small power transmission coil, the second drive module 643 is connected to the second small power transmission coil, and the third drive module 645 is connected to the third And a fourth drive module 647 may be coupled to the fourth miniature power transfer coil.

따라서, 무선 충전 패드에 36개의 소형 전력 전송 코일이 구비된 경우, 무선 충전 구동 장치는 36개의 구동 모듈 및 9개의 구동 제어부를 포함할 수 있다. Accordingly, when the wireless charging pad is provided with 36 small power transmission coils, the wireless charging driving device may include 36 driving modules and 9 driving controls.

따라서, 일 실시예에 따른 무선 충전 패드의 구동 장치는 복수의 소형 전력 전송 코일로 구성된 제1 무선 충전 모듈의 소형 전력 전송 코일들 각각을 독립적으로 구동 제어하는 제1 구동 제어부 및 복수의 소형 전력 전송 코일로 구성된 제2 무선 충전 모듈의 소형 전력 전송 코일들 각각을 독립적으로 구동 제어하는 제2 구동 제어부를 포함할 수 있다. Accordingly, the driving apparatus of the wireless charging pad according to the embodiment includes a first drive control unit for independently driving driving each of the small power transmission coils of the first wireless charging module composed of a plurality of small power transmission coils, and a plurality of small power transmission coils And a second drive control unit that independently drives and controls each of the small power transmission coils of the second wireless charging module composed of coils.

이때, 제2 구동 제어부의 일단은 상기 제1 구동 제어부에 연결되고, 상기 제2 구동 제어부의 타단은 제3 구동 제어부에 연결되어 무선 충전 모듈의 확장을 지원할 수 있다.At this time, one end of the second drive control unit may be connected to the first drive control unit, and the other end of the second drive control unit may be connected to the third drive control unit to support expansion of the wireless charge module.

다시 도 9를 참조하면, 코일 구동부는 복수의 소형 전력 전송 코일들 각각에 연결되는 복수의 구동 모듈들(642, 643, 645, 647)을 포함한다. Referring again to FIG. 9, the coil driver includes a plurality of drive modules 642, 643, 645, and 647 connected to each of the plurality of small power transmission coils.

또한, 코일 구동부는 제1 위상을 갖는 제1 스위칭 신호(A) 및 상기 제2 위상을 갖는 제2 스위칭 신호(B)를 상기 복수의 구동 모듈(642, 643, 645, 647) 각각에 인가하는 2개의 버스 라인을 포함할 수 있다. The coil driving unit applies a first switching signal A having the first phase and a second switching signal B having the second phase to each of the plurality of driving modules 642, 643, 645, and 647 And may include two bus lines.

제1 구동 제어부(631)는 각각의 구동 모듈로 해당 구동 모듈이 동작하도록 제어하는 인에이블(enable) 신호와 제1 제어 신호 또는 제2 제어 신호를 인가한다. The first drive control unit 631 applies an enable signal and a first control signal or a second control signal for controlling the respective drive modules to operate the corresponding drive modules.

제1 구동 제어부(631)는 구동 대상 전력 전송 코일들 및 상기 주변 전력 전송 코일들 각각에 연결된 구동 모듈들에 인에이블(enable) 신호를 인가하고, 상기 제1 제어 신호 또는 상기 제2 제어 신호를 상기 인에이블(enable) 신호가 인가되는 구동 모듈들에 인가할 수 있다. The first drive control unit 631 applies an enable signal to the driving power transmission coils and the driving modules connected to the respective peripheral power transmission coils and outputs the first control signal or the second control signal And apply the enable signal to the drive modules to which the enable signal is applied.

예를 들어, 제1 구동 모듈(642)이 구동 대상 전력 전송 코일에 연결된 구동 모듈인 경우, 참조부호 601단자로 인에이블 신호가 출력되고, 참조부호 602 단자로 제1 제어 신호가 출력될 수 있다. For example, when the first driving module 642 is a driving module connected to the power transmission coil to be driven, an enable signal may be outputted to the terminal 601 and a first control signal may be outputted to the terminal 602 .

예를 들어, 제4 구동 모듈(647)이 주변 전력 전송 코일에 연결된 구동 모듈인 경우, 참조부호 607단자로 인에이블 신호가 출력되고, 참조부호 608 단자로 제2 제어 신호가 출력될 수 있다.For example, when the fourth drive module 647 is a drive module connected to the peripheral power transmission coil, an enable signal may be outputted to the terminal 607 and a second control signal may be outputted to the terminal 608. [

도 7은 일 실시예에 따른 코일 구동부의 구성 예 및 소형 전력 전송 코일과 코일 구동부의 연결관계를 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining a configuration example of a coil driver according to an embodiment and a connection relationship between a small power transmission coil and a coil driver.

도 7을 참조하면, 참조부호 710은 하나의 소형 전력 전송 코일의 등가 회로를 나타낸다. 7, reference numeral 710 denotes an equivalent circuit of one small power transmission coil.

소형 전력 전송 코일(710)의 일단은 구동전압 Vcc 가 연결되고 타 단은 코일 구동부 내에 구비된 스위칭 소자(720)에 연결될 수 있다. One end of the small power transmission coil 710 may be connected to the switching element 720 connected to the driving voltage Vcc and the other end of which is provided in the coil driving unit.

이때, 코일 구동부는 소형 전력 전송 코일(710)에 연결되는 스위칭 소자(720), 멀티플렉서(750) 및 앤드 게이트(And gate) 소자(760)를 포함할 수 있다. The coil driver may include a switching element 720, a multiplexer 750, and an AND gate element 760 connected to the small power transmission coil 710.

코일 구동부는 참조부호 730 단자를 통해 인에이블 신호를 입력 받고, 참조부호 740 단자를 통해 제어 신호를 입력 받을 수 있다. The coil driver receives an enable signal through a terminal 730 and receives a control signal through a terminal 740. [

이때, 멀티플렉서(750)는 740 단자를 통해 입력되는 제어신호가 제1 제어 신호인 경우 제1 스위칭 신호인 A 신호를 출력하고, 740 단자를 통해 입력되는 제어신호가 제2 제어 신호인 경우 제2 스위칭 신호인 B 신호를 출력할 수 있다. In this case, the multiplexer 750 outputs the A signal as the first switching signal when the control signal input through the terminal 740 is the first control signal, and outputs the A signal as the second switching signal when the control signal input through the terminal 740 is the second control signal. It is possible to output the B signal which is a switching signal.

앤드 게이트(And gate) 소자(760)는 730 단자를 통해 입력되는 인에이블 신호 및 멀티플렉서(750)의 출력신호를 입력 받아 스위칭 소자(720)를 제어할 수 있다. An AND gate device 760 receives the enable signal input through the terminal 730 and the output signal of the multiplexer 750 and controls the switching device 720.

예를 들어, 소형 전력 전송 코일(710)이 구동 대상 전력 전송 코일인 경우, 740 단자로 제1 제어 신호가 입력되고, 스위칭 소자(720)는 A 신호와 같은 스위칭 신호에 의해 온/오프(On/Off)될 수 있다. For example, when the small power transmission coil 710 is a driven power transmission coil, a first control signal is input to the 740 terminal, and the switching element 720 is turned on / off by a switching signal such as the A signal / Off).

스위칭 소자(720)의 온/오프(On/Off)에 따라 구동 전압 Vcc가 소형 전력 전송 코일(710)에 인가됨으로써, 소형 전력 전송 코일(710)은 제1 위상을 갖는 제1 구동 전압으로 동작하게 된다. The driving voltage Vcc is applied to the small power transmission coil 710 in accordance with the on / off of the switching element 720 so that the small power transmission coil 710 operates with the first driving voltage having the first phase .

예를 들어, 스위칭 소자(720)가 NMOS 트랜지스터인 경우, NMOS 트랜지스터가 온(On)되는 시간 구간에서 소형 전력 전송 코일(710)의 캐패시터는 충전이 되고, NMOS 트랜지스터가 오프(Off)되는 시간 구간에서 소형 전력 전송 코일(710)의 캐패시터는 방전이 일어나게 되며, 이러한 충전 및 방전의 반복을 통해 인덕터의 자기장이 제어될 수 있다.For example, when the switching element 720 is an NMOS transistor, the capacitor of the small power transmission coil 710 is charged in a time interval in which the NMOS transistor is on, and the time period during which the NMOS transistor is off The capacitor of the small power transmission coil 710 is discharged, and the magnetic field of the inductor can be controlled by repeating such charging and discharging.

도 8은 도 2에서 근접장 전력 전송부의 구성 예를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 8 is a diagram for explaining a configuration example of a near field power transmission unit in FIG.

도 8을 참조하면, 근접장 전력 전송부는 복수의 전력 전송 코일을 포함하는 코일부(810), 전력 분배기(815), 제1 증폭부(820), 제2 증폭부(830), 위상 변위기(840) 및 제어부(850)을 포함할 수 있다. 8, the near field power transmission unit includes a coil part 810 including a plurality of power transmission coils, a power divider 815, a first amplification part 820, a second amplification part 830, a phase shifter 840, and a control unit 850.

코일부(810)는 자기 공진 방식으로 수신 코일로 무선 전력을 전송한다. The coil portion 810 transmits radio power to the receiving coil in a self-resonant manner.

예를 들어, 코일부(810)는 2개의 자기 공진 코일(811, 813)을 포함할 수 있다. For example, the coil portion 810 may include two self-resonant coils 811 and 813.

제1 자기 공진 코일(811)과 제2 자기 공진 코일(813)은 각각 단일 수신 코일과 자기 결합을 형성함으로써, 무선으로 전력을 전송할 수 있다. The first self-resonant coil 811 and the second self-resonant coil 813 form a magnetic coupling with a single receiving coil, respectively, so that power can be transmitted wirelessly.

이와 같이 복수의 송신 코일과 단일 수신 코일로 구성되는 환경을 Multi Input Single Output(MISO) 시스템이라 표현할 수 있다.An environment composed of a plurality of transmission coils and a single reception coil can be expressed as a Multi Input Single Output (MISO) system.

한편, 단일 송신 코일 또는 단일 송신기와 단일 수신 장치로 구성되는 환경은 Single Input Single Output(SISO) 시스템이라 표현할 수 있다.On the other hand, an environment consisting of a single transmit coil or a single transmitter and a single receiver can be expressed as a single input single output (SISO) system.

MISO 시스템은 SISO 시스템에 비해 효율적으로 전력을 전송할 수 있고, 전력 수신 장치가 이동하는 환경에서도 SISO 시스템에 비해 우수한 성능을 가질 수 있다. The MISO system can transmit power more efficiently than the SISO system, and can have better performance than the SISO system in the environment where the power receiver is moving.

다만, MISO 시스템도 송신 코일과 수신 코일의 정렬 상태에 따라 자기 결합이 크게 영향을 받을 수 있다. However, magnetic coupling can be greatly affected by the alignment state of the transmission coil and the reception coil in the MISO system.

제1 자기 공진 코일(811)과 제2 자기 공진 코일(813)로 공급되는 전류의 위상을 다르게 제어하는 경우, 송신 코일과 수신 코일의 정렬 상태에 크게 영향을 받지 않고 자기 결합이 형성될 수 있다. When the phase of the current supplied to the first self-resonant coil 811 and the second self-resonant coil 813 is controlled differently, magnetic coupling can be formed without being greatly affected by the alignment state of the transmission coil and the reception coil .

전력 분배기(815)는 전원으로부터 공급되는 전력을 분배하고, 분배된 전력을 제1 증폭부(820)와 위상 변위기(840)로 출력할 수 있다. The power divider 815 may divide the power supplied from the power source and output the divided power to the first amplification unit 820 and the phase shifter 840.

위상 변위기(840)는 입력된 전력의 위상을 변경할 수 있다. The phase shifter 840 may change the phase of the input power.

위상 변위기(840)는 입력 전류의 위상을 조정함으로써, 제2 증폭부(830)로 공급되는 전류의 위상을 조정할 수 있다. The phase shifter 840 adjusts the phase of the current supplied to the second amplifier 830 by adjusting the phase of the input current.

따라서, 제1 자기 공진 코일(811)과 제2 자기 공진 코일(813)로 공급되는 전류의 위상은 다르게 조정될 수 있다. Therefore, the phase of the current supplied to the first self-resonant coil 811 and the second self-resonant coil 813 can be adjusted differently.

예를 들어, 제1 자기 공진 코일(811)과 제2 자기 공진 코일(813)로 공급되는 전류의 위상차는 0~180도(degree)로 설정될 수 있다. For example, the phase difference between the current supplied to the first self-resonant coil 811 and the second self-resonant coil 813 may be set to 0 to 180 degrees.

이러한 위상 제어를 통해 MISO 시스템에서 수신기의 움직임에 의한 효율 저하 문제를 해소할 수 있다. This phase control can solve the problem of efficiency reduction due to the movement of the receiver in the MISO system.

도 9는 도 2에서 마이크로파 전력 전송부의 구성 및 동작 환경을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 9 is a diagram for explaining the configuration and operating environment of the microwave power transmitting unit in FIG.

도 9를 참조하면, 마이크로파 전력 전송부는 복수의 안테나 소자(element1, element2,,,elementN)를 포함하는 어레이 안테나부(930)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9, the microwave power transmission unit may include an array antenna unit 930 including a plurality of antenna elements (element1, element2 ,, element N).

어레이 안테나부(930)는 복수의 안테나 소자들 각각에 대한 위상 및 분포 전류의 크기 등을 제어함으로써, 방사 특성을 조정할 수 있다. The array antenna unit 930 can adjust the radiation characteristic by controlling the phase and the magnitude of the distribution current and the like for each of the plurality of antenna elements.

이때, 각각의 방사 소자의 급전 위상을 조절하여, 수신 안테나의 위치에서 전기장이 동위상으로 더해지게 함으로써 수신 전력을 최대화 할 수 있다.At this time, by adjusting the feeding phase of each radiating element, the electric field is added in the same phase at the position of the receiving antenna, thereby maximizing the receiving power.

일반적으로, 배열 안테나로부터 수신 안테나 사이의 거리는 매우 먼 거리로 가정한다. 따라서, 안테나 사이의 전력 전송 효율은 배열 안테나의 각 안테나 소자로부터 수신 안테나 사이의 거리는 같다고 가정한 후에 수학식 1의 Friis 공식을 적용하여 계산될 수 있다. In general, the distance between the array antennas and the receive antennas is assumed to be very long. Therefore, the power transmission efficiency between the antennas can be calculated by applying the Friis formula of Equation (1) after assuming that the distance between each antenna element of the array antenna is equal to the distance between the antenna elements.

[수학식 1][Equation 1]

수학식 1에서, Pr은 수신 전력, Pt는 송신 전력, R은 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 거리, G_t는 송신 안테나의 이득, G_r은 수신 안테나의 이득을 나타낸다. In Equation (1), Pr denotes the reception power, Pt denotes the transmission power, R denotes the distance between the transmission antenna and the reception antenna, G _t denotes the gain of the transmission antenna, and G _r denotes the gain of the reception antenna.

그러나, 무선 전력 전송을 위한 환경에서 배열 안테나의 각 안테나 소자로부터 수신 안테나 사이의 거리는 서로 다르기 때문에 일반적인 Friis 공식을 적용할 수 없다. However, in the environment for wireless power transmission, the general Friis formula can not be applied because the distances between the respective antenna elements of the array antenna are different from each other.

따라서, 도 2의 제어부(240) 또는 마이크로파 전력 전송부(230)는 전력 전송 효율을 계산함에 있어서, 실제 무선 전력 전송을 위한 환경을 고려하여 전력 전송 효율을 계산한다. Accordingly, the controller 240 or the microwave power transmitter 230 of FIG. 2 calculates the power transmission efficiency considering the environment for actual wireless power transmission in calculating the power transmission efficiency.

도 2의 제어부(240) 또는 마이크로파 전력 전송부(230)는 전력 수신 장치와의 통신을 통해 수신 전력에 대한 정보를 수신하고, 하기 수학식 2에 기초하여 전력 전송 효율을 계산할 수 있다. The control unit 240 or the microwave power transmitting unit 230 of FIG. 2 receives information on the received power through communication with the power receiving apparatus, and calculates the power transmission efficiency based on Equation (2).

즉, 각 송신 방사소자에서 입력전력의 크기가 각각 P₁, P₂,…,P_N이고 수신 안테나와 각각의 방사 소자 사이의 거리는 R₁, R₂,…,R_N이며 각 방사소자가 동일한 이득 G_t0 를 갖고, 안테나 이득이 G_r인 수신 안테나로의 전력전송 효율은 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. That is, the magnitude of the input power in each transmitting radiating element is P ₁ , P ₂ , ... , P _N and the distance between the receiving antenna and each radiating element is R ₁ , R ₂ , ... , R _N and each radiating element has the same gain G _t0 and the power transmission efficiency to the receiving antenna with antenna gain G _r can be expressed as:

[수학식 2]&Quot; (2) "

수학식 2에서, 송신단의 방사소자와 수신안테나 사이의 거리의 평균을 수학식 3과 같이 정의할 수 있고, 일 실시예에 따른 전력 전송 효율 계산 방식은 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. In Equation (2), an average of the distance between the radiating element of the transmitting end and the receiving antenna can be defined as Equation (3), and the power transmission efficiency calculation method according to an embodiment can be expressed as Equation (4).

[수학식 3]&Quot; (3) "

[수학식 4]&Quot; (4) "

이하, 도 10 내지 도 20을 참조하여 설명하는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치는 도 2에 도시된 근접장 전력 전송부의 다른 구성 예일 수 있다.Hereinafter, the magnetic field generating coil device described with reference to FIGS. 10 to 20 may be another example of the configuration of the near field power transmitting portion shown in FIG.

또한, 도 10 내지 도 20을 참조하여 설명하는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치는 도 2에 도시된 마이크로파 전력 전송부의 다른 구성 예일 수 있다.The magnetic field generating coil device described with reference to FIGS. 10 to 20 may be another example of the microwave power transmitting portion shown in FIG.

다시 말해, 도 10 내지 도 20을 참조하여 설명하는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치는 근거리 또는 원거리 무선전력 전송에 사용할 수 있다.In other words, the magnetic field generating coil device described with reference to Figs. 10 to 20 can be used for near-field or remote radio power transmission.

도 10은 할바흐 어레이를 설명하기 위한 도면이다.10 is a view for explaining a Halbach array.

도 10을 참조하면, 할바흐 어레이(Halbach array, 1010)는 영구 자석의 특별한 배열이다.Referring to FIG. 10, a Halbach array 1010 is a special arrangement of permanent magnets.

할바흐 어레이(1010)는 일측 방향(1020)으로 자기장을 생성할 수 있다The Halbach array 1010 may generate a magnetic field in one direction 1020

할바흐 어레이(1010)는 다른 방향(1030)으로의 자기장을 억제할 수 있다.The Halbach array 1010 can suppress the magnetic field in the other direction 1030. [

다시 말해, 할바흐 어레이(1010)는 일측 방향(1020)으로 자기장을 집중시킬 수 있는 배열이다.In other words, the Halbach array 1010 is an arrangement capable of concentrating the magnetic field in one direction 1020.

할바흐 어레이(1010)는 자기장 방향의 배열일 수 있다.The Halbach arrays 1010 may be arranged in the direction of the magnetic field.

할바흐 어레이(1010)는 순서대로 제1 내지 제5 블록으로 구분할 수 있다.The Halbach array 1010 can be divided into first to fifth blocks in order.

제1 블록은 아래쪽(↓) 방향으로 자기장을 형성할 수 있다.The first block can form a magnetic field in the downward (↓) direction.

제2 블록은 오른쪽(→) 방향으로 자기장을 형성할 수 있다.And the second block can form a magnetic field in the right (→) direction.

제3 블록은 위쪽(↑) 방향으로 자기장을 형성할 수 있다.The third block can form a magnetic field in the up (↑) direction.

제4 블록은 왼쪽(←) 방향으로 자기장을 형성할 수 있다.And the fourth block can form a magnetic field in the left (?) Direction.

제5 블록은 아래쪽(↓) 방향으로 자기장을 형성할 수 있다.And the fifth block can form a magnetic field in the downward (↓) direction.

이와 같이, 할바흐 어레이(1010)는 자기장의 방향을 배열하여 형성될 수 있다.In this way, the Halbach array 1010 can be formed by arranging the directions of the magnetic fields.

이하, 도 10에 도시된 할바흐 어레이를 이용한 마그네틱 필드 생성용 코일 장치를 설명한다.Hereinafter, a magnetic field generating coil device using the Halbach array shown in FIG. 10 will be described.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 필드 생성용 코일 장치의 단면도이다.11 is a cross-sectional view of a magnetic field generating coil device according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 마그네틱 필드 생성용 코일 장치는 코어(1110)와, 전력 전송 코일부(1120)와, 캔슬링 코일부(1130)를 포함한다.11, the magnetic field generating coil device includes a core 1110, a power transmission coil part 1120, and a cancellation coil part 1130. [

코어(1110)는 링 형태를 가질 수 있다.The core 1110 may have a ring shape.

코어(1110)는 원형, 삼각형, 사각형 또는 다각형 등의 다양한 모양의 링 형태일 수 있다.The core 1110 may be in the form of a ring of various shapes such as a circle, a triangle, a square, or a polygon.

전력 전송 코일부(1120)는 코어(1110)의 일 측 방향으로 감겨 자기장 형성 면에 자기장을 형성할 수 있다.The power transmission coil portion 1120 may be wound in one direction of the core 1110 to form a magnetic field on the magnetic field forming surface.

전력 전송 코일부(1120)는 코어(1110)의 자기장 형성 면에 접하여 일 측 방향으로 감겨서 형성된 제1 전력 전송 코일과, 코어(1110)의 외주 면에 접하여 일 측 방향으로 감겨서 형성되는 제2 전력 전송 코일과, 코어(1110)의 내주 면에 접하여 일 측 방향으로 감겨서 형성되는 제3 전력 전송 코일을 포함할 수 있다.The power transmission coil part 1120 includes a first power transmission coil formed by being wound in one direction in contact with the magnetic field forming surface of the core 1110 and a second power transmission coil wound around the outer peripheral surface of the core 1110 in one direction, 2 power transmission coil and a third power transmission coil wound in one direction in contact with the inner circumferential surface of the core 1110. [

캔슬링 코일부(1130)는 전력 전송 코일부(1120)의 끝단에 연결되고, 코어의 외곽에 전력 전송 코일부(1120)의 권선 방향과 반대 방향으로 감겨 자기장을 억제할 수 있다.The canceling coil section 1130 is connected to the end of the power transmission coil section 1120 and can be wound around the outer periphery of the core in a direction opposite to the winding direction of the power transmission coil section 1120 to suppress the magnetic field.

캔슬링 코일부(1130)는, 자기장 형성 면의 반대 면에 접하여 일 측 방향과 반대 방향으로 감겨서 형성된 제1 캔슬링 코일과, 코어(1110)의 외주 면에 감겨진 제2 전력 전송 코일에 접하여 일 측 방향과 반대 방향으로 감겨서 형성된 제2 캔슬링 코일을 포함할 수 있다.The canceling coil portion 1130 includes a first canceling coil formed by being wound in a direction opposite to the one direction in contact with the opposite surface of the magnetic field forming surface and a second canceling coil formed in contact with the second power transmitting coil wound around the outer circumferential surface of the core 1110 And a second canceling coil formed by winding in a direction opposite to the lateral direction.

본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 필드 생성용 코일 장치는 절연체(미도시)를 더 포함할 수 있다.The magnetic field generating coil device according to an embodiment of the present invention may further include an insulator (not shown).

절연체는 제2 전력 전송 코일과 제2 캔슬링 코일 사이에 설치되어 코일 간섭을 억제할 수 있다.An insulator may be provided between the second power transmission coil and the second canceling coil to suppress coil interference.

도 12는 도 11에 도시된 코어의 구성 예이다.12 is a configuration example of the core shown in Fig.

도 13은 할바흐 어레이를 적용하기 위한 마그네틱 필드 생성용 코일 장치의 전류 방향을 나타내는 도면이다.13 is a view showing a current direction of a magnetic field generating coil device for applying a Halbach array.

할바흐 어레이는 도 13과 같이 전류 방향을 구성하여 적용할 수 있다.The Halbach array can be applied by constituting the current direction as shown in FIG.

도 13을 참조하면, 마그네틱 필드 생성용 코일 장치는 제1 내지 제 5 블록(1310 내지 1350)으로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 13, the magnetic field generating coil device may include first to fifth blocks 1310 to 1350.

제1 블록(1310)은 들어가는 왼쪽 면의 전류 방향(

)과, 나오는 오른쪽 면의 전류 방향(

)으로 구성되어 아래쪽(↓) 방향으로 자기장을 형성할 수 있다.The first block 1310 determines the current direction of the incoming left side (

) And the current direction of the outgoing right side (

) So that a magnetic field can be formed in the downward (↓) direction.

제2 블록(1320)은 나오는 위쪽 면의 전류 방향(

)과 들어가는 아래쪽 면의 전류 방향(

)으로 구성되어 오른쪽(→) 방향으로 자기장을 형성할 수 있다.The second block 1320 includes the current direction of the outgoing upper surface (

) And the current direction of the entering bottom surface (

) To form a magnetic field in the right (→) direction.

제3 블록(1330)은 나오는 왼쪽 면의 전류 방향(

)과 들어가는 오른쪽 면의 전류 방향(

)으로 구성되어 위쪽(↑) 방향으로 자기장을 형성할 수 있다.The third block 1330 determines the current direction of the outgoing left side (

) And the current direction of the right side (

) So as to form a magnetic field in the up (↑) direction.

제4 블록(1340)은 들어가는 위쪽 면의 전류 방향(

)과 나오는 아래쪽 면의 전류 방향(

)으로 구성되어 왼쪽(←) 방향으로 자기장을 형성할 수 있다.The fourth block 1340 determines the current direction of the entering upper surface (

) And the current direction of the emerging lower surface (

) To form a magnetic field in the left ()) direction.

제5 블록(1350)은 들어가는 왼쪽 면의 전류 방향(

)과 나오는 오른쪽 면의 전류 방향(

)으로 구성되어 아래쪽(↓) 방향으로 자기장을 형성할 수 있다.The fifth block 1350 determines the current direction of the incoming left side (

) And the current direction of the emerging right side (

) So that a magnetic field can be formed in the downward (↓) direction.

마그네틱 필드 생성용 코일 장치는 위와 같이 전류 방향을 구성해 일방향으로 자기장을 집중 시킬 수 있다.The coil device for generating a magnetic field can concentrate the magnetic field in one direction by constituting the current direction as described above.

도 12에 도시된 원형의 링 행태를 가지는 코어(1200)에 할바흐 어레이를 적용하기 위해서 코어(1200)를 제1 내지 제5 블록으로 구분하여 위에서 언급된 전류 방향을 갖도록 구성할 수 있다.In order to apply the Halbach array to the core 1200 having the circular ring behavior shown in FIG. 12, the core 1200 may be divided into first to fifth blocks to have the above-mentioned current direction.

도 13에 도시된 제1 내지 제5 블록은 도 12에 도시된 코어(1200)를 YZ평면으로 자른 단면의 구성 및 공간들에 대응 시켜 할바흐 어레이를 적용할 수 있다.In the first through fifth blocks shown in FIG. 13, a Bach array may be applied to correspond to the configuration and spaces of the cross section cut in the YZ plane of the core 1200 shown in FIG.

예를 들면, 제1 블록(1321)은 코어의 왼쪽 공간에 구현할 수 있다. For example, the first block 1321 may be implemented in the left space of the core.

제2 블록(1320)은 코어의 왼쪽 단면에 구현할 수 있다.The second block 1320 can be implemented in the left end face of the core.

제3 블록(1330)은 코어의 중심을 포함한 공간에 구현할 수 있다.The third block 1330 may be implemented in a space including the center of the core.

제4 블록(1340)은 코어의 오른쪽 단면에 구현할 수 있다.The fourth block 1340 may be implemented in the right section of the core.

제5 블록(1350)은 코어의 오른쪽 공간에 구현할 수 있다.The fifth block 1350 can be implemented in the right space of the core.

이하, 이와 같은 방식으로 구현한 마그네틱 필드 생성용 코일 장치를 설명한다.Hereinafter, a magnetic field generating coil device implemented in this manner will be described.

도 14는 도 12의 코어에 할바흐 어레이를 적용한 마그네틱 필드 생성용 코일 장치의 단면도이다.FIG. 14 is a cross-sectional view of a magnetic field generating coil device to which a Halbach array is applied to the core of FIG. 12; FIG.

도 14를 참조하면, 마그네틱 필드 생성용 코일 장치는 원형의 링 형태를 가지는 코어(1200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 14, the magnetic field generating coil device may include a core 1200 having a circular ring shape.

마그네틱 필드 생성용 코일 장치는 전력 전송 코일부(1411, 1412, 1413)와 캔슬링 코일부(1421, 1422)를 포함할 수 있다.The magnetic field generating coil device may include power transmission coil parts 1411, 1412, 1413 and cancellation coil parts 1421, 1422.

전력 전송 코일부(1411, 1412, 1413)는 제1 전력 전송 코일(1411)과 제2 전력 전송 코일(1412)과 제3 전력 전송 코일(1413)을 포함할 수 있다.The power transmission coil sections 1411, 1412 and 1413 may include a first power transmission coil 1411, a second power transmission coil 1412 and a third power transmission coil 1413.

캔슬링 코일부(1421, 1422)는 제1 캔슬링 코일(1421)과 제2 캔슬링 코일(1422)를 포함할 수 있다.The cancellation coil sections 1421 and 1422 may include a first canceling coil 1421 and a second canceling coil 1422.

제1 전력 전송 코일(1411)은 도 12에 도시된 코어(1200)에 접하여 코어(1200)의 위쪽 면에 반 시계 방향으로 감겨질 수 있다.The first power transmission coil 1411 may be wound in a counterclockwise direction on the upper surface of the core 1200 in contact with the core 1200 shown in Fig.

자기장 형성 면은 코어(1200)의 위쪽 면일 수 있다.The magnetic field forming surface may be the upper surface of the core 1200.

자기장 형성 면은 자기장이 형성되는 방향의 면일 수 있다.The magnetic field forming surface may be a surface in the direction in which the magnetic field is formed.

다시 말해, 자기장 형성 면은 Z축 방향의 면일 수 있다.In other words, the magnetic field forming surface may be a surface in the Z-axis direction.

제2 전력 전송 코일(1412)은 코어(1200)의 외주 면에 접하여 코어(1200)의 외주 면을 따라 반시계 방향으로 감겨질 수 있다.The second power transmission coil 1412 may be wound in a counterclockwise direction along the outer circumferential surface of the core 1200 in contact with the outer circumferential surface of the core 1200. [

제3 전력 전송 코일(1413)은 코어(1200)의 내주 면에 접하여 코어(1200)의 내주 면을 따라 반시계 방향으로 감겨질 수 있다.The third power transmission coil 1413 can be wound in a counterclockwise direction along the inner peripheral surface of the core 1200 in contact with the inner peripheral surface of the core 1200. [

제1 캔슬링 코일(1421)은 코어(1200)의 아래 면에 접하여 코어(1200)의 아래 면을 따라 시계 방향으로 감겨질 수 있다.The first canceling coil 1421 can be wound clockwise along the lower surface of the core 1200 in contact with the lower surface of the core 1200. [

자기장 형성 면의 반대 면은 아래쪽 면일 수 있다.The opposite surface of the magnetic field forming surface may be the lower surface.

제2 캔슬링 코일(1422)은 코어(1200)의 제2 전력 전송 코일(1412)에 접하여 제2 전력 전송 코일(1412)의 위에 시계 방향으로 감겨질 수 있다.The second canceling coil 1422 may be wound clockwise on the second power transmission coil 1412 in contact with the second power transmission coil 1412 of the core 1200. [

도 14에 도시된 제1 내지 제3 전력 전송 코일(1411, 1412, 1413)과 제1 내지 제2 캔슬링 코일(1421, 1422)은 코어(1200)의 각 면에 접하여 4번 감겨져 있으나, 3번 이하, 5번 이상 감겨질 수도 있다.The first to third power transmission coils 1411, 1412 and 1413 and the first to second cancellation coils 1421 and 1422 shown in FIG. 14 are wound four times in contact with the respective surfaces of the core 1200, It may be wrapped more than 5 times.

도 14의 Y>0 영역에서, 나오는 전류(

)가 누설 전자기장(Electromagnetic Field, EMF)을 차폐를 하는 동안, 들어가는 전류(

)는 무선 전력 전송을 위한 자기장을 형성할 수 있다.In the region of Y > 0 in Fig. 14,

) Shields the electromagnetic field (EMF), the incoming current

May form a magnetic field for wireless power transmission.

도 14의 Y<0 영역에서, 들어가는 전류(

)가 누설 전자기장을 차폐하는 동안, 나오는 전류(

)는 무선 전력 전송을 위한 자기장을 형성할 수 있다.In the region of Y < 0 in Fig. 14,

) Shields the leaked electromagnetic field, the outgoing current (

May form a magnetic field for wireless power transmission.

제1 내지 제3 전력 전송 코일(1411, 1412, 1413)과 제1 내지 제2 캔슬링 코일(1421, 1422)은 연결된 하나의 코일일 수 있다.The first to third power transmission coils 1411, 1412 and 1413 and the first to second cancellation coils 1421 and 1422 may be connected to one coil.

다시 말해, 캔슬링 코일부(1421, 1422)는 전력 전송 코일부(1411, 1412, 1413)의 끝단에 연결될 수 있다. In other words, the cancellation coil sections 1421 and 1422 can be connected to the ends of the power transmission coil sections 1411, 1412, and 1413.

따라서, 제1 내지 제3 전력 전송 코일(1411, 1412, 1413)과 제1 내지 제2 캔슬링 코일(1421, 1422)은 방향은 반대이지만 동일한 크기의 자기장을 생성할 수 있다.Therefore, the first to third power transmission coils 1411, 1412, and 1413 and the first to second cancellation coils 1421 and 1422 can generate magnetic fields of opposite magnitudes but the same magnitude.

그러므로 마그네틱 필드 생성용 코일 장치는 코일들의 감겨진 수와 감겨진 형태를 조절하여 원하는 모양의 자기장을 형성할 수 있다.Therefore, the magnetic field generating coil device can form a magnetic field of a desired shape by adjusting the number of coils wound and the shape of the coil.

도 15는 마그네틱 필드 생성용 코일 장치의 사시도이다.15 is a perspective view of a magnetic field generating coil device.

도 15를 참조하면, 제1 전력 전송 코일(1521)은 코어(1510)의 위쪽 면에 접하여 반시계 방향으로 감겨질 수 있다.Referring to FIG. 15, the first power transmission coil 1521 may be wound in a counterclockwise direction in contact with the upper surface of the core 1510.

이때, 반시계 방향으로 감겨진다는 것은 전류가 반시계 방향으로 흐르도록 감겨지는 것을 의미할 수 있다.At this time, the winding in the counterclockwise direction may mean that the current is wound so as to flow in the counterclockwise direction.

또한, 도 15에서 도시된 코일들은 서로 연결되지 않은 것으로 도시되어 있으나, 이는 제1 내지 제3 전력 전송 코일(1521, 1522, 1523)과 제1 캔슬링 코일(1531)을 단순화 한 것일 뿐 모든 코일은 하나의 코일로 연결되어 있을 수 있다.15 are not connected to each other. However, this is a simplification of the first to third power transmission coils 1521, 1522, and 1523 and the first canceling coil 1531, It may be connected by one coil.

제2 전력 전송 코일(1522)은 코어(1510)의 외주 면에 접하여 반시계 방향으로 감겨질 수 있다.The second power transmission coil 1522 may be wound in a counterclockwise direction in contact with the outer peripheral surface of the core 1510. [

제3 전력 전송 코일(1523)은 코어(1510)의 내주 면에 접하여 반시계 방향으로 감겨질 수 있다.The third power transmission coil 1523 can be wound in a counterclockwise direction in contact with the inner peripheral surface of the core 1510. [

제2 캔슬링 코일(1531)은 제2 전력 전송 코일(1522)에 접하여 시계 방향으로 감겨질 수 있다.The second canceling coil 1531 may be wound clockwise in contact with the second power transmission coil 1522.

이때, 시계 방향으로 감겨진다는 것은 전류가 시계 방향으로 흐르도록 감겨지는 것을 의미할 수 있다.At this time, the winding in the clockwise direction may mean that the current is wound so as to flow in the clockwise direction.

도 16은 전력 전송 코일부를 설명하기 위한 도면이다.16 is a diagram for explaining a portion of a power transmission coil.

도 16은 마그네틱 필드 생성용 코일 장치의 단면도이다.16 is a cross-sectional view of a magnetic field generating coil device.

도 16을 참조하면, 도 14에 도시된 제1 전력 전송 코일(1411)은 도면 상에서 참조부호 1610과 같이 왼쪽에서 나와 오른쪽으로 권선될 수 있다.Referring to FIG. 16, the first power transmission coil 1411 shown in FIG. 14 may be wound from the left side to the right as indicated by reference numeral 1610.

는 도면 밖으로 나오는 방향을 의미하고,

는 도면 안으로 들어가는 방향을 의미할 수 있다.

Means a direction coming out of the drawing,

Can mean the direction into the drawing.

제2 전력 전송 코일(1412)은 도면 상에서 참조부호 1620과 같이 왼쪽에서 나와 오른쪽으로 권선될 수 있다.The second power transmission coil 1412 may be wound from the left side to the right as shown at 1620 in the drawing.

제3 전력 전송 코일(1413)은 도면 상에서 참조부호 1630과 같이 왼쪽에서 나와 오른쪽으로 권선될 수 있다.The third power transmission coil 1413 may be wound from the left side to the right as shown at 1630 in the drawing.

도 17은 캔슬링 코일부를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 17 is a view for explaining a part of a canceling coil. FIG.

도 17은 마그네틱 필드 생성용 코일 장치의 단면도이다.17 is a cross-sectional view of the coil device for generating a magnetic field.

도 17을 참조하면, 도 14에 도시된 제1 캔슬링 코일(1421)은 도면 상에서 참조부호 1710과 같이 오른쪽에서 나와 왼쪽으로 권선될 수 있다.Referring to FIG. 17, the first canceling coil 1421 shown in FIG. 14 may be wound to the left from the right as denoted by reference numeral 1710.

는 도면 밖으로 나오는 방향을 의미하고,

는 도면 안으로 들어가는 방향을 의미할 수 있다.

Means a direction coming out of the drawing,

Can mean the direction into the drawing.

제2 캔슬링 코일(820)은 도면 상에서 참조부호 1720과 같이 오른쪽에서 나와 왼쪽으로 권선될 수 있다.The second canceling coil 820 may be wound to the left from the right as indicated at 1720 in the drawing.

이때, 도 16에 도시된 제1 내지 제3 전력 전송 코일(1411, 1412, 1413)과 제1 내지 제2 캔슬링 코일은 하나의 코일로 연결될 수 있고, 권선 순서에 영향 받지 않을 수 있다.At this time, the first to third power transmission coils 1411, 1412, and 1413 and the first to second canceling coils shown in FIG. 16 may be connected by one coil, and may not be influenced by the winding order.

다시 말해, 제1 내지 제3 전력 전송 코일(1411, 1412, 1413)과 제1 내지 제2 캔슬링 코일(1421, 1422)의 권선 순서는 어떠한 순서이든 상관 없다.In other words, the winding order of the first to third power transmission coils 1411, 1412, and 1413 and the first to second cancellation coils 1421 and 1422 may be any order.

마그네틱 필드 생성용 코일 장치는 비자성체 또는 절연체를 더 포함할 수 있다.The magnetic field generating coil device may further include a non-magnetic material or an insulator.

절연체는 제1 절연체(1730)와 제2 절연체(1740)를 포함할 수 있다.The insulator may include a first insulator 1730 and a second insulator 1740.

제1 내지 제2 절연체(1730, 1740)는 제2 전력 전송 코일과 제2 캔슬링 코일 사이에 위치하여 코일간 간섭을 억제할 수 있다.The first and second insulators 1730 and 1740 may be positioned between the second power transmission coil and the second canceling coil to suppress inter-coil interference.

제1 내지 제2 절연체(1730, 1740)는 연결된 하나의 절연체일 수 있다.The first to the second insulators 1730 and 1740 may be one insulator connected.

다시 말해, 절연체(1730, 1740)는 제2 전력 전송 코일과 제2 캔슬링 코일 사이에 위치한 원통 형상의 절연체일 수 있다.In other words, the insulators 1730 and 1740 may be a cylindrical insulator located between the second power transmission coil and the second canceling coil.

도 18은 시뮬레이션 환경을 설명하기 위한 도면이다.18 is a diagram for explaining a simulation environment.

도 18을 참조하면, 쓰리디 이엠 솔버(3D EM solver)는 일반적인 코일 장치와본 발명의 마그네틱 필드 생성용 코일 장치의 누설 전자기장의 차폐 및 무선 전력 전송 효율을 비교하기 위해 사용될 수 있다.Referring to FIG. 18, a 3D EM solver may be used to compare shielding and radio power transmission efficiencies of leakage electromagnetic fields of a conventional coil device and a magnetic field generating coil device of the present invention.

도 18의 (a)는 누설 전가기장의 차폐를 제공하지 않는 일반적인 코일 장치의 단면도이다.18 (a) is a cross-sectional view of a general coil device which does not provide shielding of a leakage current path.

일반적인 코일 장치는 단 방향으로 60번 감겨진 코일 장치이다.A typical coil device is a coil device wound 60 times in a single direction.

도 18의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 필드 생성용 코일 장치의 단면도이다.18 (b) is a cross-sectional view of a magnetic field generating coil device according to an embodiment of the present invention.

도 18의 (b)의 마그네틱 필드 생성용 코일 장치는 전력 전송 코일부를 60번 감고, 캔슬링 코일부를 전력 전송 코일부와 반대 방향으로 40번 감아 모델링 하였다.In the magnetic field generating coil device of FIG. 18 (b), the power transmission coil part was wound 60 times and the canceling coil part was wound 40 times in the opposite direction to the power transmission coil part.

코일 장치들에 사용된 코일은 구리 선으로 반경은 0.5밀리미터(mm)의 반경을 가진다.The coil used in the coil devices is a copper wire and has a radius of 0.5 millimeters (mm).

전력 소스는 100키로헤르츠(kHz) 교류로 소스로 5와트(W)의 전력을 전달하도록 하였다.The power source was able to deliver 5 watts (W) of power to the source at 100 kHz (kHz) ac.

도 19는 도 18의 시뮬레이션 환경에서의 자기장 분포를 나타낸 도면이다.19 is a diagram showing the magnetic field distribution in the simulation environment of Fig.

도 19의 (a)는 도 18의 (a)의 일반적인 코일 장치의 자기장 분포 결과이고, 도 19의 (b)는 도 18의 (b)의 마그네틱 필드 생성용 코일 장치의 자기장 분포 결과를 나타낸 것이다.19A shows a magnetic field distribution result of the general coil device shown in FIG. 18A, and FIG. 19B shows a magnetic field distribution result of the magnetic field generating coil device shown in FIG. 18B .

도 19의 시뮬레이션 결과를 비교하면, 마그네틱 필드 생성용 코일 장치가 일반적인 코일 장치와 비교하여 방향성을 가짐을 확인할 수 있다.Comparing the simulation results in Fig. 19, it can be confirmed that the magnetic field generating coil device has directionality as compared with a general coil device.

도 20은 도 18의 시뮬레이션 환경에서의 자기장의 크기를 나타낸 그래프이다.20 is a graph showing the magnitude of the magnetic field in the simulation environment of FIG.

도 20의 (a)는 도 18의 (a)의 일반적인 코일 장치(the coil without shield)와, 도 18의 (b)의 마그네틱 필드 생성용 코일 장치(the proposed coil model)의 위쪽 면(above)과 아래쪽 면(beneath)의 거리에 따른 자기장 세기를 나타낸 그래프이다.Figure 20 (a) shows the coil without shield of Figure 18 (a) and the upper side of the proposed coil model of Figure 18 (b) And the lower surface (beneath).

도 20의 (b)는 도 18의 (a)의 일반적인 코일 장치(the coil without shield)와, 도 18의 (b)의 마그네틱 필드 생성용 코일 장치(the proposed coil model)의 측 면(side)의 거리에 따른 자기장 세기를 나타낸 그래프이다.20 (b) is a side view of the proposed coil model of FIG. 18 (b) and the coil without shield of FIG. 18 (a) Of the magnetic field intensity.

도 20에 도시된 그래프에 의해 마그네틱 필드 생성용 코일 장치가 양 측 면과 바닥 면에서의 자기장을 억제함을 확인할 수 있다.It can be seen from the graph shown in Fig. 20 that the magnetic field generating coil device suppresses the magnetic fields on both side and bottom surfaces.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims

A core having a ring shape;
A power transmission coil part wound in one direction of the core to form a magnetic field on a magnetic field forming surface; And
And a canceling coil part connected to an end of the power transmission coil part and wound around the outer periphery of the core in a direction opposite to the winding direction of the power transmission coil part to suppress a magnetic field
Coil device for magnetic field generation for wireless power transmission.

The method according to claim 1,
The core comprises:
A device for generating a magnetic field for wireless power transmission in the form of a ring, triangle, square or polygonal ring.

3. The method of claim 2,
The power transmission coil unit includes:
A first power transmission coil formed by being wound in one direction in contact with a magnetic field forming surface of the core;
A second power transmission coil formed by being wound in one direction in contact with an outer peripheral surface of the core; And
And a third power transmission coil wound in one direction in contact with the inner circumferential surface of the core
Coil device for magnetic field generation for wireless power transmission.

The method of claim 3,
Wherein the canceling coil unit comprises:
A first canceling coil formed by being wound in a direction opposite to the one direction in contact with the opposite surface of the magnetic field forming surface; And
And a second canceling coil formed by being wound in a direction opposite to the one direction in contact with the second power transmission coil wound on the outer circumferential surface of the core
Coil device for magnetic field generation for wireless power transmission.

5. The method of claim 4,
And an insulator provided between the second power transmission coil and the second canceling coil to suppress coil interference
Coil device for magnetic field generation for wireless power transmission.