KR20190080151A - 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치에 관한 것으로서, 도체판으로 구성되고 내부에 장착공간이 형성되는 송신기; 충전시 상기 송신기의 장착공간에 배치되고 도체판으로 구성되는 수신기; 및 상기 송신기에 전류를 공급하는 전원;을 포함한다.
본 발명에 의한 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치는 컵 모양의 충전기기의 내부에 삽입되는 전자기기를 위치에 상관없이 전기장 에너지를 통해 고효율로 무선충전하고 자기장 방식의 적용에 따른 음영지역이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치{APPARATUS FOR TRANSMITTING DEVICE WIRELESS POWER BASED ON ELECTRIC RESONANCE}

본 발명은 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수신기가 놓여지는 방향과 위치와 관계 없이 높은 효율로 무선전력을 전송할 수 있도록 한 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, PDA 등과 같은 휴대형 전자기기는 내부에 축전지를 구비하여 사용자가 이동하면서 사용가능 하도록 구성되어 있다.

그러나 이러한 휴대형 전자기기는 축전지의 충전을 위하여 별도의 충전기를 구비하며, 충전기는 일반 상용 전원과 접속되어 휴대형 전자기기의 축전지에 충전 전류를 제공함으로써 충전을 행한다.

한편, 충전기가 충전 전류를 휴대형 전자기기의 축전지에 제공하기 위해서는 충전기를 구성하는 충전 모체와 휴대형 전자기기의 축전지는 전기적으로 연결되어야 한다. 충전 모체와 휴대형 전자기기의 축전지를 전기적으로 연결하기 위하여 유선(접점 방식) 충전기에서는, 충전 모체와 휴대형 전자기기 또는 축전지에 각각 별도의 접속 단자를 구성하였다.

따라서, 휴대형 전자기기의 축전지를 충전하고자 할 때에는 휴대형 전자기기 또는 축전지의 접속 단자와 충전 모체의 접속 단자를 상호 접속시켜야 한다.

그러나 휴대형 전자기기 또는 축전지와 충전 모체에 접속 단자를 구성하는 접점 방식의 충전기는, 접속 단자가 외부에 돌출됨으로써 미관상 보기 흉하다는 문제점 외에 접속 단자가 외부의 이물질에 오염되어 접속 불량이 발생할 염려가 있으며, 경우에 따라서는 사용자의 부주의로 단락이 발생하여 축전지가 완전 방전될 수 있는 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 휴대형 전자기기의 축전지가 무선(비접촉식)으로 충전 모체와 전기적으로 결합되어 충전 모체의 에너지를 충전할 수 있는 방식이 개발되었다.

무선 충전 방법은 고주파로 동작하는 1차 회로를 충전 모체에 구성하고 2차 회로를 축전지측 즉, 휴대형 전자기기 내 또는 축전지 내에 구성함으로써, 충전 모체의 전류 즉, 에너지를 유도 결합에 의하여 휴대형 전자기기의 축전지에 제공하는 방식이다. 유도 결합을 이용한 무선 충전 방식은 이미 일부 응용분야(예: 전동 칫솔, 전기면도기 등)에 이용되고 있다.

그러나 휴대전화, 휴대형 MP3 플레이어, CD 플레이어, MD 플레이어, 카세트 테이프 플레이어, 노트북 컴퓨터, PDA 등의 휴대형 전자기기에 응용하고자 할 경우에는, 충전 대상의 크기가 각자 다르고 충전을 위하여 요구하는 전력(충전용량)도 각각 다르다.

이에 따라, 무선 충전기를 이용하여 다양한 전자기기에 장착된 배터리를 충전함에 있어서, 충전 효율을 높이기 위해서는 충전 대상의 크기와 용량을 고려하여 이에 적합하게 구현된 각각의 무선 충전기를 사용하는 것이 바람직하다.

그러나 이와 같이 다양한 전자기기에 장착된 무선 배터리를 충전하기 위하여 각각의 무선 배터리의 충전에 적합한 충전기를 각각 사용하게 될 경우, 사용자는 여러 종류의 무선 충전기를 보유해야 한다.

그리고 필요에 따라 각각의 무선 배터리를 충전하기 위하여 이에 대응하는 무선 충전기를 찾아서 충전해야 하는 불편함이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2013-082120호 (2013.07.18) 대한민국 등록특허공보 제10-1757298호 (2017.07.06)

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 컵 모양의 충전기기의 내부에 삽입되는 전자기기를 위치에 상관없이 전기장 에너지를 통해 고효율로 무선충전하고 자기장 방식의 적용에 따른 음영지역이 발생하는 것을 방지할 수 있는 무선전력전송장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치는 도체판으로 구성되고 내부에 장착공간이 형성되는 송신기; 충전시 상기 송신기의 장착공간에 배치되고 다수개의 도체판으로 구성되는 수신기; 및 상기 송신기에 전류를 공급하는 전원;을 포함한다.

그리고 상기 송신기는 원통 형상 또는 상부가 개방되는 컵 모양 형상으로 형성된다.

여기서, 상기 송신기의 상부에는 도체판으로 구성되는 덮개가 선택적으로 장착될 수 있다.

또한, 상기 송신기와 수신기는 각각 측면에 배치되는 도체판과 하부에 배치되는 도체판으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 송신기와 수신기는 두 개의 도체판을 한 세트로 구성하되, 상기 송신기는 최소한 한 세트 이상으로 구성하고, 상기 수신기는 최소한 두 세트 이상으로 구성할 수 있다.

또한, 상기 송신기의 도체판에는 위상 변화를 위하여 독립된 전원이 공급될 수 있다.

본 발명에 의한 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치는 컵 모양의 충전기기의 내부에 삽입되는 전자기기를 위치에 상관없이 전기장 에너지를 통해 고효율로 무선충전하고 자기장 방식의 적용에 따른 음영지역이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치의 실시 예를 나타낸 사시도.
도 2 내지 4는 본 발명에 따른 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치를 구성하는 송신기의 실시 예를 나타낸 개략 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치를 구성하는 송신기의 도체판을 나타낸 사시도.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 도 1의 송신기의 실시 예를 나타낸 회로도.
도 8 및 9는 본 발명에 따른 도 1의 수신기를 나타낸 평면도 및 회로도.
도 10은 본 발명에 따른 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치의 작동에 따른 실시 예를 나타낸 회로도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 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)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치의 실시 예를 나타낸 사시도이고, 도 2 내지 4는 본 발명에 따른 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치를 구성하는 송신기의 실시 예를 나타낸 개략 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치를 구성하는 송신기의 도체판을 나타낸 사시도이고, 도 6 및 7은 본 발명에 따른 도 1의 송신기의 실시 예를 나타낸 회로도이며, 도 8 및 9는 본 발명에 따른 도 1의 수신기를 나타낸 평면도 및 회로도이다.

본원발명인 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치(100)는 전기 공진 방식(electric resonant coupling)을 이용하여 전력을 전송하게 된다.

즉, 종래의 무선 전력 전송 장치는 전기 에너지의 무선 전송 방식으로 자기 공진 방식(magnetic resonant coupling)을 이용하기 위해 전력을 송신하는 송신기와 상기 송신기로부터 전력을 수신하는 수신기가 코일 형상의 구조를 갖도록 구성된 반면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치는 전기 에너지의 무선 전송 방식으로 전기 공진 방식(electric resonant coupling)을 이용하기 위해 전력을 송신하는 송신기와 상기 송신기로부터 전력을 수신하는 수신기가 판(plate) 형상의 구조를 갖도록 구성된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치는 송신기 또는 수신기 각각에 대하여 판 형상에 의해 생성되는 커패시턴스와 함께 럼프드 인덕터를 추가하여 원하는 동작 주파수에서 공진하도록 구성된다.

여기서, 상기 럼프드 인덕터는 환경 및 목적 등에 따라 공지된 구성을 택일하여 구성되고 별도의 설명은 생략하기로 한다.

그리고 상기 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치(100)는 송신기(200), 수신기(300), 전원(400)을 포함한다.

여기서, 상기 송신기(200)를 구성하는 도체판과 수신기(300)를 구성하는 도체판은 환경 및 목적 등에 따라 단일 또는 다수개수로 구성되고, 본원발명에서 상기 송신기(200)의 도체판과 수신기(300)의 도체판은 다수개수로 구성되는 예를 들어 설명하기로 한다.

상기 송신기(200)는 내부에 장착공간(210)이 형성되는 형상으로 형성된다.

즉, 상기 송신기(200)는 내부의 장착공간(210)에 전자기기 등을 수용할 수 있는 원통 형상 등의 다양한 형상으로 형성되고, 본원발명에서 상기 송신기(200)는 상부가 개방되고 하부가 폐쇄되는 컵 모양으로 형성된다.

그리고 상기 송신기(200)는 다수개의 도체판(220)으로 구성되고, 상기 도체판(220)은 평면상 부채꼴 형상으로 형성되며, 단면 형상이 "ㄴ"자 형상으로 절곡 형성된다.

또한, 상기 도체판(220)은 + 전하와 - 전하가 형성될 수 있도록 짝수로 구성하면서 서로 마주보게 배치된다.

즉, 상기 송신기(200)는 부채꼴 형상으로 형성되는 다수개의 도체판(220)을 원통 형상으로 형성하면서도 + 전하와 - 전하가 형성될 수 있도록 상기 도체판(220)을 서로 마주보게 배치하게 된다.

또한, 상기 송신기(200)와 수신기(300)를 구성하는 도체판(220, 320)은 동일한 자유도를 얻을 수 있도록 측면과 하부에 하나의 도체판(220, 320)이 각각 배치 될 수 있다.

또한, 상기 송신기(200)의 도체판(220)에는 도시된 7과 같이 위상 변화를 위하여 독립된 전원이 공급될 수 있다.

즉, 상기 송신기(200)는 도체판(220)의 세트별로 독립된 전원을 공급하여 다양하게 전기장의 방향으로 조절할 수 있게 된다.

보충설명하면, 상기 송신기(200)는 두 개의 도체판(220)을 한 세트로 형성하면서 최소한 한 세트 이상으로 구성하여, 세트별로 독립된 전원을 공급함으로써 민감도를 향상시킬 수 있게 된다.

다음으로, 상기 송신기(200)의 상부에는 하나 또는 다수개의 도체판(520)으로 구성되는 덮개(500)가 선택적으로 장착될 수 있다.

즉, 상기 덮개(500)는 송신기(200)의 도체판(520)과 대응하는 개수로 형성되어, 내부 전기장을 보강할 수 있을 뿐만 아니라 외부로 누설되는 전기장을 차폐할 수 있다.

이때, 상기 덮개(500)는 컵 모양의 송신기(200)와 마찬가지로 두 개의 도체판(520)을 한 세트로 형성하면서 최소한 한 세트 이상으로 구성하게 된다.

상기 수신기(300)는 장착되는 전자기기 등의 형상에 따라 다양한 형상으로 형성된다.

그리고 상기 수신기(300)는 다수개의 도체판(320)으로 구성되고, 상기 도체판(320)은 무선이동통신단말기의 형상 및 설치 위치에 따라 수평, 수직, 절곡, 곡면 등의 다양한 형상으로 형성된다.

여기서, 상기 수신기(300)는 무선이동통신단말기에 적용되는 예를 들어 설명하고, 그 위치는 상기 무선이동통신단말기의 일 측 또는 둘레를 따라 다양하게 설치될 수 있다.

즉, 상기 수신기(300)를 구성하는 도체판(320)은 일정한 전력을 공급할 수 있도록 무선이동통신단말기의 측면을 기본으로 상부 또는 하부 또는 상하부에 구성된다.

또한, 상기 도체판(320)은 + 전하와 - 전하가 형성될 수 있도록 짝수로 구성하면서 서로 마주보게 배치된다.

즉, 상기 수신기(300)는 다수개의 도체판(320)으로 구성하면서 + 전하와 - 전하가 형성될 수 있도록 상기 도체판(320)을 서로 마주보게 배치하게 된다.

보충설명하면, 상기 수신기(300)는 두 개의 도체판(320)을 한 세트로 형성하면서 최소한 두 세트 이상으로 구성하여, 송수신 음역지역을 없앨 수 있게 된다.

상기 전원(400)은 송신기(200)에 전류를 공급하게 된다.

여기서, 상기 전원(400)은 상시전원이 사용되고 별도의 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 구성되는 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치의 실시 예를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, +전하와 -전하를 가질 수 있도록 총 8개의 도체판(220)을 4개의 세트로 구성한 후 상기 도체판(220)을 컵 모양으로 형성하여 송신기(200)를 형성하게 된다.

다음으로, 총 4개의 도체판(320)을 2개의 세트로 구성한 수신기(300)를 무선이동통신단말기의 내부에 장착한다.

이와 같은 상태에서, 도시된 도 6과 같이 전원(400)을 인가하면, 송신기(200)는 도시된 도 2와 같이 도체판(200)에 +전하와 -전하가 형성되고, 이를 전체적으로 보았을 때 도시된 도 10과 같이 형성된다.

그리고 상기 송신기(200)의 장착공간(210)에 배치되는 무선이동통신단말기의 수신기(300)의 도체판(320)은 어느 위치 및 형상과 상관없이 1, 2번과 3, 4번이 반대 부호 혹은 1, 3번과 2, 4번이 반대 부호로 전하가 유도된다. (도시된 도 8참조)

이와 같은 상태에서, 수신된 전류를 정류시키면 무선이동통신단말기는 에너지를 수신할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치
200 : 송신기 220 : 도체판
300 : 수신기 320 : 도체판
400 : 전원 500 : 덮개
520 : 도체판

Claims (6)

1. 도체판으로 구성되고 내부에 장착공간이 형성되는 송신기;
   충전시 상기 송신기의 장착공간에 배치되고 도체판으로 구성되는 수신기; 및
   상기 송신기에 전류를 공급하는 전원;을 포함하는 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 송신기는 원통 형상 또는 상부가 개방되는 컵 모양 형상으로 형성되는 것인 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 송신기의 상부에는 도체판으로 구성되는 덮개가 선택적으로 장착되는 것인 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 송신기와 수신기는 각각 측면에 배치되는 도체판과 하부에 배치되는 도체판으로 구성되는 것인 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 송신기와 수신기는 두 개의 도체판을 한 세트로 구성하되,
   상기 송신기는 최소한 한 세트 이상으로 구성하고, 상기 수신기는 최소한 두 세트 이상으로 구성하는 것인 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 송신기의 도체판에는 위상 변화를 위하여 독립된 전원이 공급되는 것인 전기 공진 방식에 기반한 무선 전력 전송 장치.

Images