KR20200053030A - 커패시터 구조를 활용한 무선 전력송신장치 및 무선 전력수신장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 무선 전력 전송시스템을 구성하는 전력송신장치로서, 외부로부터 인가된 교류전원을 이용하여 상기 전송시스템을 구성하는 전력수신장치로 전송되는 송신전원을 출력하는 전원입력부; 상기 전원입력부와 연결되며, 상기 전력수신장치의 제2전극 및 유전체 레이어(layer)와의 관계에서 커패시터 구조를 형성하는 하나 이상의 제1전극; 및 상기 전력송신장치를 상기 유전체 레이어에 고정시키는 하나 이상의 제1고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력송신장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 무선 전력 전송시스템을 구성하는 전력수신장치로서, 상기 전송시스템을 구성하는 전력송신장치의 제1전극 및 유전체 레이어(layer)와의 관계에서 커패시터 구조를 형성하는 하나 이상의 제2전극; 상기 제2전극을 통하여 상기 전력송신장치로부터 인가된 송신전원을 부하의 정격전원에 대응되는 출력전원으로 변환하여 출력하는 전원출력부; 및 상기 전력수신장치를 상기 유전체 레이어에 고정시키는 하나 이상의 제2고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력수신장치를 제공한다.

Description

커패시터 구조를 활용한 무선 전력송신장치 및 무선 전력수신장치{WIRELESS POWER TRANSMISSION APPARATUS AND WIRELESS POWER RECEPTION APPARATUS FOR UTILIZING CAPACITOR STRUCTURE}

본 발명은 무선으로 전력을 송신하는 장치와 무선으로 전력을 수신하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 내부와 외부 사이에 위치하는 유전체(dielectric)를 커패시터의 유전체로 활용함으로써 무선 전력 송수신에 대한 공간적인 제약을 해결하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력송신장치 및 무선 전력수신장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

전력원(power source)의 사용이 용이하지 않은 특정 공간에서 전력을 이용하여 구동되는 장치를 사용하고자 하는 경우, 전력원이 존재하는 다른 공간으로부터 전력을 전달 받아야 한다.

전력을 전달 받기 위한 방법들 중 하나로, 상대적으로 긴 길이를 가지는 전원 라인을 이용하여 특정 공간과 다른 공간을 연결하고, 이 전원 라인의 양 끝단에 형성된 접속 단자들을, 사용하고자 하는 장치 및 전력원에 각각 연결하는 방법을 들 수 있다.

그러나, 이 방법은 장치 사용 위치와 전력원 사이의 거리를 커버할 수 있는 충분한 길이의 전원 라인이 미리 구비되어야 하므로 제한된 사용자 편의성을 제공할 수 있을 뿐이다.

또한, 복수 개의 서로 다른 위치에서 장치를 사용하고자 하는 경우, 위치 이동시마다 전원 라인과 전력원 및/또는 장치 사이의 연결을 해제하고 재연결하는 과정이 반복적으로 수행되어야 하므로, 이 방법은 공간적인 제약 또한, 가지고 있다.

이러한 한계를 극복하기 위한 방법으로, 전원 라인을 벽 내부에 매설하고 매설된 전원 라인의 접속 단자를 특정 공간 내 벽부에 고정시키는 방법, 특정 공간과 다른 공간을 분할하는 유리, 벽 등에 관통 홀을 형성하고 이 관통 홀을 통해 전원 라인을 설치하는 방법 등을 생각해 볼 수 있다.

그러나, 이러한 방법들은 전원 라인을 매설하거나 관통 홀을 형성하는 과정에 별도의 비용이 소요되며, 관통 홀을 다수 형성하는 경우 단열의 문제, 유리 또는 벽 자체의 구조적 안정성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 유전체를 전력 전송을 위한 커패시터 구조로 활용하여 전력 사용이 용이하지 않던 특정 공간에 새로운 전력원을 창출하고, 전력원 창출을 통해 장치 사용의 공간적 제약을 극복할 수 있으며, 유전체와 안정적으로 연결되거나 그 연결이 용이하게 해제될 수 있어 더욱 향상된 사용자 편의성을 제공할 수 있는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력송신장치 및 무선 전력수신장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 무선 전력 전송시스템을 구성하는 전력송신장치로서, 외부로부터 인가된 교류전원을 이용하여 상기 전송시스템을 구성하는 전력수신장치로 전송되는 송신전원을 출력하는 전원입력부; 상기 전원입력부와 연결되며, 상기 전력수신장치의 제2전극 및 유전체 레이어(layer)와의 관계에서 커패시터 구조를 형성하는 하나 이상의 제1전극; 및 상기 전력송신장치를 상기 유전체 레이어에 고정시키는 하나 이상의 제1고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력송신장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 무선 전력 전송시스템을 구성하는 전력수신장치로서, 상기 전송시스템을 구성하는 전력송신장치의 제1전극 및 유전체 레이어(layer)와의 관계에서 커패시터 구조를 형성하는 하나 이상의 제2전극; 상기 제2전극을 통하여 상기 전력송신장치로부터 인가된 송신전원을 부하의 정격전원에 대응되는 출력전원으로 변환하여 출력하는 전원출력부; 및 상기 전력수신장치를 상기 유전체 레이어에 고정시키는 하나 이상의 제2고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력수신장치를 제공한다.

본 발명은 전력 전송의 장애물로 인식되던 유전체를 전력 전송을 위한 커패시터 구조로 활용하여 전력 사용이 용이하지 않던 특정 공간에 새로운 전력원을 창출하는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 새로운 전력원의 창출을 통해 종래 전력 사용이 용이하지 않던 공간을 전력 사용이 용이한 공간으로 변화시킬 수 있으므로 전력 사용에 대한 공간적인 제약과 장치 사용에 대한 공간적인 제약을 일거에 해결할 수 있다.

나아가, 본 발명은 유전체와의 연결 또는 고정에 최적화된 구조를 적용하여 전력 전송의 통로에 해당하는 커패시터 구조를 더욱 안정적으로 유지할 수 있게 됨으로써 안정적인 전력 전송 또는 제공을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 무선 전력 전송시스템 및 관련 구성을 전반적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 전력송신장치와 전력수신장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 전력송신장치의 전체적인 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 전력수신장치의 전체적인 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 전력송신장치 및 전력수신장치가 고정부를 이용하여 유전체에 고정되는 과정을 상세히 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 전송시스템(이하 '전송시스템'이라 지칭한다) 및 관련 구성을 전반적으로 도시한 도면이다. 이하에서는, 도 1을 참조하여 본 발명에 의한 전송시스템 및 관련 구성에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1에 표현된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 전송시스템은 전력원(Vs)으로부터 공급되는 전력을, 전기적 에너지원을 기반으로 하여 구동되는 장치인 부하(RL)로 전달하는 시스템에 해당한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 전송시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 전력원(Vs), 전원라인(20), 전력송신장치(100), 유전체 레이어(300), 전력수신장치(200), 부하라인(30) 및 부하(RL)을 포함하여 구성될 수 있다.

도 1의 중앙부에 위치하는 유전체 레이어(300)를 기준으로, 좌측은 전력원(Vs)의 사용이 용이한 다른 공간에 해당하며, 우측은 전력원(Vs)의 사용이 용이하지 않은 특정 공간에 해당한다.

전력원(Vs)의 사용이 용이하지 않다는 것은 '전력원(Vs)의 위치'와 '부하(RL)를 사용하고자 하는 위치'가 멀리 이격되어 충분한 길이의 전원 라인 없이는 전력원(Vs)으로부터 공급되는 전력을 이용할 수 없거나, 부하(RL)를 사용하고자 하는 지점과 전력원(Vs) 사이에 유전체 레이어(300)와 같은 장애물이 존재하여 전력원(Vs)으로부터 공급되는 전력을 이용할 수 없는 경우를 의미한다.

본 명세서에서는 전력원(Vs)의 사용이 용이한 지 여부를 기준으로 구분되는 두 공간을 '다른 공간'과 '특정 공간'으로 지칭하였으나, 유전체 레이어(300)가 어느 공간의 내부(실내)와 외부(실외)를 구분 짓는 경우, '다른 공간'은 내부 또는 외부로 지칭될 수 있으며, 이에 대응하여 '특정 공간'은 외부 또는 내부로 지칭될 수 있다.

본 발명의 전력송신장치(100)는 전력원(Vs)으로부터 전력을 인가 받고, 이 인가된 전력을 본 발명의 전력수신장치(200)로 전송한다. 본 발명의 전력수신장치(200)는 전원전신장치(100)로부터 전송된 전력을 이용하여 자신과 연결된 부하(RL)에 구동전원을 공급한다.

전력원(Vs)에서 생성된 교류전원은 도 1에 도시된 전원라인(20)을 통해 전력송신장치(100)로 인가될 수 있으며, 전력송신장치(100)로부터 출력되는 전원인 송신전원은 유전체 레이어(300), 후술되는 제1전극(121) 및 제2전극(221)이 형성하는 커패시터 구조를 통해 전력수신장치(200)로 전송될 수 있다.

커패시터 구조를 통해 전송된 송신전원은 본 발명의 전력수신장치(200)에서 부하(RL)의 구동전원에 대응되는 출력전원으로 변환되어 출력되고, 이 출력전원은 전력수신장치(200)와 부하(RL)를 연결하는 부하라인을 통해 부하(RL)로 인가된다.

도 1의 하단에 위치하는 두 전극(123, 223)은 유전체 레이어(300)와의 관계에서 커패시터 구조를 형성하고, 이 커패시터 구조를 통해 전력수신장치(200)로부터 전력송신장치(100)로 전원이 반사되는 경로를 제공한다.

즉, 도 1의 상단에 위치하는 두 전극(121, 221)은 전원(전력) 전송을 위한 경로를 제공하는 데 반하여, 도 1의 하단에 위치하는 두 전극(123, 223)은 전송된 전원이 회귀하는 경로를 제공한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 전력송신장치(100)의 일면에 커넥터(117)(제1커넥터)가 형성될 수 있는데, 전원라인(20)의 끝단에 형성된 플러그가 이 제1커넥터(117)에 접속되면, 전원라인(20)과 전력송신장치(100)의 물리적 및 전기적 연결이 이루어질 수 있다.

이에 대응하여, 본 발명에 의한 전력수신장치(200)의 일면에 커넥터(217)(제2커넥터)가 형성될 수 있는데, 부하라인(30)의 끝단에 형성된 플러그가 이 커넥터(217)에 접속되면, 부하라인(30)과 전력수신장치(200)의 물리적 및 전기적 연결이 이루어질 수 있다.

도 1에는 전력전송장치(100)와 전력수신장치(200) 각각에 하나의 커넥터(117, 217)만이 형성된 예가 표현되어 있으나, 제1커넥터(117)와 제2커넥터(217)는 제작자 또는 설계자의 의도, 전력전송장치(100)와 전력수신장치(200)가 이용되는 주위 환경의 특성 등에 따라 서로 다른 개수 또는 동일한 개수로 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유전체 레이어(300)를 중심으로 유전체 레이어(300)의 좌우측에 복수 개의 전극(120, 220)이 접촉 또는 위치하며, 이 전극들(120, 220)은 유전체 레이어(300)와의 관계에서 커패시터 구조를 형성한다.

이 복수 개의 전극들(120, 220)은 구리(Cu) 등과 같이 전도성이 양호한 재료로 이루어질 수 있으며, 수지 계열의 물질이 코팅된 종이 또는 전도성 물질이 코팅된 수지 계열의 시트(sheet) 등 다양한 형태로 제작될 수 있다.

전술된 바와 같이, 유전체 레이어(300)의 좌우측에 설치되어 커패시터의 전극 기능을 수행할 수 있다면, 본 발명의 전극들(120, 220)은 원형, 판상형, 사각형 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

이하에서는, 복수 개의 전극들(120, 220)을 용이하게 구분하기 위하여, 전력송신장치(100)를 구성하는 두 개의 전극들 중 도 1을 기준으로 상부에 위치하는 전극을 제1상부전극(121)으로 지칭하고, 하부에 위치하는 전극을 제1하부전극(123)으로 지칭하도록 한다.

이에 대응하여, 전력수신장치(200)를 구성하는 두 개의 전극들 중 도 1을 기준으로 상부에 위치하는 전극을 제2상부전극(221)으로 지칭하고, 하부에 위치하는 전극을 제2하부전극(223)으로 지칭하도록 한다.

여기서, 상부와 하부라는 용어는 도 1을 기준으로 두 전극을 상대적으로 구분하기 위한 용어에 지나지 않는다. 따라서, 상부전극(121, 221)과 하부전극(123, 223)은 그 지칭되는 명칭에도 불구하고 전력송신장치(100)의 좌우측 또는 전력수신장치(200)의 좌우측에 배치될 수도 있다. 환언하면, 상부전극(121, 221)과 하부전극(123, 223)은 전력송신장치(100)와 전력수신장치(200)의 다른 위치에 배치될 수 있다.

도 1에 도시된 고정부들(130, 230)은 전력송신장치(100)와 전력수신장치(200) 각각을 유전체 레이어(300)에 고정시키는 구성에 해당한다. 도 1에는 전력송신장치(100)를 고정시키는 두 개의 고정부(제1고정부)(131, 133)와 전력수신장치(200)를 고정시키는 두 개의 고정부(제2고정부)(231, 233)가 표현되어 있으나, 고정부의 개수는 고정 방식, 요구되는 고정력의 크기 등 다양한 파라미터에 따라 가변적으로 설정될 수 있다.

전력송신장치(100)와 전력수신장치(200)를 유전체 레이어(300)에 고정시키는 방식에는 자석과 자성체 사이의 인력을 이용하는 방식, 공기 압력을 이용하는 방식, 접착력을 이용하는 방식 등 다양한 방식이 존재할 수 있다.

다만, 두 장치의 이동성을 확보하기 위하여 상대적으로 용이하게 착탈이 가능한 '인력을 이용하는 방식'과 '공기 압력을 이용하는 방식'을 적용하는 것이 바람직하다.

유전체 레이어(300)는 주위에 전계가 형성되는 경우 자체 표면에 전하가 발생하는 절연체에 해당한다. 따라서, 유전체로서의 성질을 가지고 있다면 본 발명의 전력송신장치(100)와 전력수신장치(200)가 설치 또는 배치되는 유전체 레이어(300)에 해당할 수 있다.

이하에서는, 이러한 다양한 종류의 유전체 레이어(300) 중 창문 또는 sash를 구성하는 유리(glass)를 기준으로 하여 본 발명의 기술적 특징에 대하여 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 의한 전력송신장치(100)와 전력수신장치(200)를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다. 이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 전력송신장치(100)와 전력수신장치(200)의 구성에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전력송신장치(100)는 전원입력부(110), 제1전극(121, 123) 및 제1고정부(131, 133)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 전원입력부(110)는 전원변환부(111)(제1전원변환부), 주파수변환부(113) 및 임피던스매칭부(115)(제1매칭부)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 본 발명의 전원입력부(110)는 외부로부터 교류전원을 인가 받고, 인가된 교류전원을 이용하여 송신전원을 출력한다. 송신전원을 생성 및 출력하는 과정은 전원입력부(110)를 구성하는 구성들 즉, 제1전원변환부(111), 주파수변환부(113) 및 제1매칭부(115)를 통해 구현될 수 있다.

본 발명의 제1전원변환부(111)는 외부로부터 인가된 교류전원을 직류전원으로 변환하고, 본 발명의 주파수변환부(113)는 이 직류전원을 특정 주파수를 가지는 송신전원으로 변환한다.

여기서, 주파수변환부(113)를 통하여 변환되는 송신전원의 특정 주파수는 제1전극(121, 123)이 형성하는 커패시터 구조의 임피던스와 전원입력부(110)의 임피던스를 상호 매칭시키는 주파수에 해당한다.

또한, 고주파 성분의 신호 또는 전력을 용이하게 통과시키는 커패시터의 특성을 고려할 때, 본 발명의 주파수변환부(113)는 직류전원을 높은 주파수(고주파수)의 송신전원으로 변환하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1매칭부(115)는 특정 주파수(임피던스 매칭 주파수)를 기준으로 제1전극(121, 123)이 형성하는 커패시터 구조의 임피던스와 전원입력부(110)의 임피던스를 상호 매칭시키는 구성에 해당한다.

이와 같이, 본 발명은 전원입력부(110)와 커패시터 구조의 임피던스를 상호 매칭시켜 두 구성 사이의 임피던스 차에 의한 반사 손실을 최소화함으로써 전원입력부(110)에서 커패시터 구조 방향으로 최대 전력이 전송되는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 제1매칭부(115)를 통하여 임피던스 매칭이 이루어지면 제1상부전극(121), 유리(300) 및 제2상부전극(231)이 구성하는 커패시터 구조와 의 관계에서 공진을 발생시킬 수 있고, 공진 주파수에 해당하는 전력을 선택적으로 통과시키는 특성을 이용하여 송신전원을 전력수신장치(200)로 제공할 수 있게 된다.

전원입력부(110)와 연결된 본 발명의 제1상부전극(121)은 전력수신장치(200)의 제2상부전극(221) 및 유리(300)와의 관계에서 커패시터 구조를 형성하므로, 이 커패시터 구조를 통해 전원입력부(110)에서 출력된 송신전원을 제2상부전극 방향으로 전달한다.

이와 같은 과정을 통해, 본 발명의 전력송신장치(100)는 외부 전원으로부터 전송된 전력을 본 발명의 전력수신장치(200)로 인가/전송/전달할 수 있게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전력수신장치(200)는 하나 이상의 제2전극(221, 223), 전원출력부(210) 및 하나 이상의 제2고정부(231, 233)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 전원출력부(210)는 임피던스매칭부(제2매칭부)(211) 및 전원변환부(제2전원변환부)(213)를 포함하여 구성될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 제2상부전극(221)은 제1상부전극(121) 및 유리(300)와의 관계에서 커패시터 구조를 형성한다. 따라서, 이 커패시터 구조를 통해 전력송신장치(100)로부터 전력수신장치(200)(전원출력부)로 송신전원이 전달된다.

본 발명의 전원출력부(210)는 송신전원을 부하의 정격전원에 대응되는(해당하는) 출력전원으로 변환한다. 송신전원을 출력전원으로 변환하는 과정은 전원출력부(210)를 구성하는 제2매칭부(211)와 제2전원변환부(213)를 통해 구현될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 제2전원변환부(213)는 커패시터 구조를 통해 전달된 송신전원을 출력전원으로 변환하고, 본 발명의 제2매칭부(211)는 커패시터 구조의 임피던스와 전원출력부(210)의 임피던스를 상호 매칭시킨다.

전원출력부(210)에서 변환된 출력전원은 전력수신장치(200)와 부하 사이의 연결을 통해 부하로 인가되게 된다. 전술된 바와 같이, 출력전원은 부하의 정격전원에 해당하므로, 본 발명의 제2전원변환부(213)는 부하의 전기적 특성에 대응되는 전원을 출력전원으로 출력할 수 있다.

예를 들어, 부하가 교류전원을 인가 받아 구동되도록 설계된 경우, 본 발명의 제2전원변환부(213)는 부하에 정격전원을 공급하기 위하여 송신전원을 교류의 출력전원으로 변환하는 교류변환부(217)를 포함하여 구성될 수 있다.

이와 달리, 부하가 직류전원을 인가 받아 구동되도록 설계된 경우, 본 발명의 제2전원변환부(213)는 송신전원을 직류의 출력전원으로 변환하는 직류변환부(215)를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 제2전원변환부(213)는 도 2에 도시된 바와 같이, 교류변환부(217)와 직류변환부(215)를 모두 포함하여 구성될 수 있는데, 이와 같은 경우, 본 발명의 전력수신장치(200)는 부하의 전원 특성과 무관하게 모든 부하에 정격전원을 제공할 수 있으므로 더욱 향상된 범용성을 제공할 수 있게 된다.

도 2에는 교류변환부(217)와 직류변환부(215)가 병렬 연결된 형태가 도시되어 있으나, 본 발명의 제2전원변환부(213)는 교류인 송신전원을 직류전원으로 정류하는 고주파 정류부(미도시)와 고주파 정류부의 출력을 교류의 출력전원으로 변환하는 DC/AC변환부(미도시)가 상호 직렬 연결된 형태로 구성될 수 있다.

이와 같은 경우, 직류의 출력전원은 고주파 정류부와 DC/AC변환부 사이에 연결된 별도의 출력 라인을 통하여 부하에 인가될 수 있으며, 교류의 출력전원은 DC/AC변환부에 연결된 출력 라인을 통하여 부하에 인가될 수 있다.

도 3은 본 발명에 의한 전력송신장치(100)의 전체적인 모습을 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명에 의한 전력수신장치(200)의 전체적인 모습을 도시한 도면이다. 이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 전원라인(20) 또는 출력라인(30)과 용이하게 연결되고 유리(300)와의 안전한 고정을 구현할 수 있는 본 발명의 기술적 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3의 좌측 도면은 전력송신장치(100)의 사시도이고, 우측 도면은 전력송신장치(100)의 측면도이다. 본 발명의 전력송신장치(100)는 내부에 전원입력부(110)가 실장되는 하우징(140)(제1하우징)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

전원입력부(110)에는 다양한 회로 소자들이 탑재되므로 전원입력부(110)가 제1하우징(140) 내부에 실장되게 되면, 전원입력부(110)에 탑재된 회로 소자들은 외부로부터 차단되어 온도, 습도, 충격 등 다양한 외부 환경에 의한 영향을 상대적으로 적게 받게 되므로, 전력송신장치(100) 자체의 구동 안정성이 향상되게 된다.

또한, 본 발명의 제1하우징(140)에는 전원라인(20)의 플러그가 접속되는 제1커넥터(117)가 형성될 수 있다. 본 발명의 전원입력부(110)는 제1커넥터(117)에 연결된 전원라인(20)을 통해 전력원으로부터 교류전원을 인가 받을 수 있다.

이와 같이, 제1하우징(140)에 제1커넥터(117)가 형성되면, 제1커넥터(117)와 전원라인(20) 사이의 연결이 더욱 안정적으로 구현될 수 있고, 연결 해제도 용이하게 구현되어 사용자 편의성이 향상될 수 있다.

본 발명의 전력송신장치(100)가 제1하우징(140)을 더 포함하여 구성되는 경우, 본 발명의 제1전극(121, 123)은 제1하우징(140)의 외측에 설치되고, 본 발명의 제1고정부(131, 133) 또한, 제1하우징(140)의 외측에 설치된다.

제1전극(121, 123)과 제1고정부(131, 133)이 설치되는 제1하우징(140)의 측면은 제작자 또는 설계자의 선택에 따라 상이해질 수 있으나, 힘의 방향 관계를 고려할 때, 제1전극(121, 123)과 제1고정부(131, 133)는 제1커넥터(117)가 형성된 제1하우징(140)의 외측과 대칭되는 외측에 설치되는 것이 바람직하다.

힘의 방향에 대해 구체적으로 설명하면, 전원라인(20)과의 연결 및 연결 해제 시 발생하는 힘의 방향(F1)과 유리(300)와의 고정 시 발생하는 힘의 방향(F2)이 평행하게 되면, 전원라인(20)을 제1커넥터(117)에 연결하는 과정에서 두 힘(F1, F2)의 방향이 동일해져 본 발명의 전력송신장치(100)가 유리(300)에 더욱 안정적으로 고정되게 된다.

또한, 전원라인(20)을 제1커넥터(117)로부터 연결 해제하는 경우, 좌측 방향으로 가해지는 힘(F1)이 제1고정부(130)와 제2고정부(230) 사이의 인력(F2)에 의하여 상쇄되므로, 전력송신장치(100)의 안정적인 고정이 유지될 수 있게 된다.

이와 같이, 두 힘(F1, F2)의 방향이 평행하게 형성될 수 있도록, 제1전극(121, 123)과 제1고정부(131, 133)는 제1커넥터(117)가 형성된 제1하우징(140)의 외측과 대칭되는 외측에 설치되는 것이 바람직하다.

도 4의 좌측 도면은 전력수신장치(200)의 사시도이고, 우측 도면은 전력수신장치(200)의 측면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전력수신장치(200)는 내부에 전원출력부(210)가 실장되는 제2하우징(240)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

전원출력부(210)에는 다양한 회로 소자들이 탑재되므로 전원출력부(210)가 제2하우징(240) 내부에 실장되게 되면, 전원출력부(210)에 탑재된 회로 소자들은 외부로부터 차단되어 온도, 습도, 충격 등 다양한 외부 환경에 의한 영향을 상대적으로 적게 받게 되므로, 전력수신장치(200) 자체의 구동 안정성이 향상되게 된다.

또한, 본 발명의 제2하우징(240)에는 부하라인(30)의 플러그가 접속되는 제2커넥터(217)가 형성될 수 있다. 본 발명의 전원출력부(210)는 제2커넥터(217)에 연결된 부하라인(30)을 통해 부하로 출력전원을 인가할 수 있다.

이와 같이, 제2하우징(240)에 제2커넥터(217)가 형성되면, 제2커넥터(217)와 부하라인(30) 사이의 연결이 더욱 안정적으로 구현될 수 있고, 연결 해제도 용이하게 구현되어 사용자 편의성이 향상될 수 있다.

본 발명의 전력수신장치(200)가 제2하우징(240)을 더 포함하여 구성되는 경우, 본 발명의 제2전극(250)은 제2하우징(240)의 외측에 설치되고, 본 발명의 제2고정부(230) 또한, 제2하우징(240)의 외측에 설치된다.

제2전극(250)과 제2고정부(230)가 설치되는 제2하우징(240)의 측면은 제작자 또는 설계자의 선택에 따라 상이해질 수 있으나, 전술된 바와 같이, 두 힘(F1, F2)의 방향을 평행하게 설정하면 전력수신장치(200)의 안정적인 고정이 구현될 수 있으므로, 제2전극(220)과 제2고정부(230)는 제2커넥터(217)가 형성된 제2하우징(240)의 외측과 대칭되는 외측에 설치되는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 전력송신장치(100) 및 전력수신장치(200)가 고정부(130, 230)를 이용하여 유전체(300)에 고정되는 과정을 상세히 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는, 도 5를 참조하여 전력송신장치(100)와 전력수신장치(200)를 유리(300)에 안정적으로 고정시키는 본 발명의 고정부(130, 230)에 대한 구조적 특징을 설명하도록 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1고정부(130)는 제1전원변환부(111)와 연결된 솔레노이드 형태의 코일이 감겨진 전자석으로 구성될 수 있으며, 본 발명의 제2고정부(230)는 자성체로 구성될 수 있다.

이와 같이 구성된 상태에서, 제1전원변환부(111)로부터 출력되는 직류전원이 전자석으로 구성된 제1고정부(131, 133)에 인가되면, 전자석의 특성 상 제1고정부(130)와 '자성체로 구성된 제2고정부(230)' 사이에 인력이 발생되므로 전원입력부(110)(제1하우징)와 전원출력부(210)(제2하우징)가 유리(30)에 안정적으로 고정되게 된다.

실시형태에 따라, 본 발명의 제1고정부(130)는 마그네트로 구성될 수 있는데, 이와 같은 경우, 직류전원의 인가 여부와 무관하게 자성체와의 관계에서 인력이 발생되므로 전원입력부(110)(제1하우징)와 전원출력부(제2하우징)가 유리에 안정적으로 고정되게 된다.

이상에서, 제1고정부(130)가 전자석 또는 마그네트로 구성되고 제2고정부(230)가 자성체로 구성되는 실시예를 중심으로 본 발명의 고정부(130, 230)에 대해 설명하였으나, 이에 대응적으로 제1고정부(130)가 자성체로 구성되고 제2고정부(230)가 전자석 또는 마그네트로 구성되는 실시예 또한, 본 발명의 고정부(130, 230)에 적용될 수 있다.

또한, 제1고정부(130)가 전자석 또는 마그네트로 구성되고 제2고정부(230)가 자성체로 구성되는 경우, 제1고정부(130) 중 어느 하나가 전자석 또는 마그네트로 구성되고, 다른 하나가 마그네트 또는 전자석으로 구성되는 등 제1고정부(130)에 전자석과 마그네트가 혼용된 형태도 적용될 수 있다.

나아가, 제1고정부(130)가 자성체로 구성되고 제2고정부(230)가 전자석 또는 마그네트로 구성되는 경우, 제2고정부(230) 중 어느 하나가 전자석 또는 마그네트로 구성되고 다른 하나가 마그네트 또는 전자석으로 구성되는 등 제2고정부(230)에 전자석과 마그네트가 혼용된 형태도 적용될 수 있다.

한편, 본 발명의 전력송신장치(100)는 전원입력부(110)(제1하우징)와 제1전극(120) 사이에 연결되는 제1탄성체(150)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 제1탄성체(150)는 도 3을 기준으로 외력이 가해지지 않은 상태에서 제1고정부(130)의 Y축 방향 길이 이상의 길이를 가진다.

이와 같은 상태에서, 제1고정부(130)와 제2고정부(230) 사이에 인력이 발생하면, 제1탄성체(150)는 이 인력에 의하여 제1고정부(130)의 Y축 방향 길이 미만의 길이를 가지도록 압축 또는 축소된다. 따라서, 제1탄성체(150)는 인력과 반대 방향으로 탄성력을 발생시키고, 이 탄성력에 의하여 제1전극(120)이 유리(300)에 균일하고 안정적으로 접촉할 수 있게 된다.

전력송신장치(100)가 제1탄성체(150)를 더 포함하여 구성되는 것에 대응하여, 본 발명의 전력수신장치(200)는 전원출력부(210)(제2하우징)와 제2전극(220) 사이에 연결되는 제2탄성체(250)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 제2탄성체(250)는 도 4를 기준으로 외력이 가해지지 않은 상태에서 제2고정부(230)의 Y축 방향 길이 이상의 길이를 가진다.

이와 같은 상태에서, 제1고정부(130)와 제2고정부(230) 사이에 인력이 발생하면, 제2탄성체(250)는 이 인력에 의하여 제2고정부(230)의 Y축 방향 길이 미만의 길이를 가지도록 압축 또는 축소된다. 따라서, 제2탄성체(250)는 인력과 반대 방향으로 탄성력을 발생시키고, 이 탄성력에 의하여 제2전극(220)이 유리(300)에 균일하고 안정적으로 접촉할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 전력송신장치 200: 전력수신장치
110: 전원입력부 111: 제1전원변환부
113: 주파수변환부 115: 제1매칭부
117: 제1커넥터 120: 제1전극
130: 제1고정부 140: 제1하우징
150: 제1탄성체 210: 전원출력부
211: 제2매칭부 213: 제2전원변환부
215: 직류변환부 217: 교류변환부
220: 제2전극 230: 제2고정부
240: 제2하우징 250: 제2탄성체

Claims (14)

1. 무선 전력 전송시스템을 구성하는 전력송신장치로서,
   외부로부터 인가된 교류전원을 이용하여 상기 전송시스템을 구성하는 전력수신장치로 전송되는 송신전원을 출력하는 전원입력부;
   상기 전원입력부와 연결되며, 상기 전력수신장치의 제2전극 및 유전체 레이어(layer)와의 관계에서 커패시터 구조를 형성하는 하나 이상의 제1전극; 및
   상기 전력송신장치를 상기 유전체 레이어에 고정시키는 하나 이상의 제1고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력송신장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전원입력부는,
   상기 외부로부터 인가된 교류전원을 직류전원으로 변환하는 전원변환부;
   제1전극이 형성하는 커패시터 구조의 임피던스와 상기 전원입력부의 임피던스를 매칭시키는 임피던스매칭부; 및
   상기 전원변환부와 상기 임피던스매칭부 사이에 위치하며, 전원변환부에서 변환된 직류전원을 상기 임피던스 매칭 주파수를 가지는 송신전원으로 변환하는 주파수변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력송신장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전원입력부가 실장되며, 전원라인의 플러그가 접속되는 커넥터가 형성된 하우징을 더 포함하고,
   상기 전원입력부는,
   상기 커넥터에 연결된 전원라인 통하여 상기 교류전원을 인가 받는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력송신장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1전극은,
   상기 커넥터가 형성된 하우징의 외측과 대칭되는 외측에 설치되고,
   상기 제1고정부는,
   상기 제1전극과 동일한 외측에 설치되는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력송신장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 제1고정부는,
   상기 전원변환부로부터 출력되는 직류전원을 인가 받아 상기 전력수신장치의 제2고정부를 구성하는 자성체와의 관계에서 인력을 발생시키는 전자석으로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력송신장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1고정부는,
   상기 전력수신장치의 제2고정부를 구성하는 자성체와의 관계에서 인력을 발생시키는 마그네트로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력송신장치.
7. 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전원입력부와 상기 제1전극 사이에 연결되며, 상기 제1고정부와 상기 제2고정부 사이에 발생되는 인력과 반대 방향으로 탄성력을 발생시키는 하나 이상의 탄성체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력송신장치.
8. 무선 전력 전송시스템을 구성하는 전력수신장치로서,
   상기 전송시스템을 구성하는 전력송신장치의 제1전극 및 유전체 레이어(layer)와의 관계에서 커패시터 구조를 형성하는 하나 이상의 제2전극;
   상기 제2전극을 통하여 상기 전력송신장치로부터 인가된 송신전원을 부하의 정격전원에 대응되는 출력전원으로 변환하여 출력하는 전원출력부; 및
   상기 전력수신장치를 상기 유전체 레이어에 고정시키는 하나 이상의 제2고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력수신장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 전원출력부는,
   상기 제2전극이 형성하는 커패시터 구조의 임피던스와 상기 전원출력부의 임피던스를 매칭시키는 임피던스매칭부; 및
   상기 송신전원을 상기 출력전원으로 변환하는 전원변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력수신장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 전원변환부는,
    상기 송신전원을 직류출력전원으로 변환하는 직류변환부; 및
    상기 송신전원을 교류출력전원으로 변환하는 교류변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력수신장치.
11. 제8항에 있어서,
    상기 전원출력부가 실장되며, 부하라인의 플러그가 연결되는 커넥터가 형성된 하우징을 더 포함하고,
    상기 전원출력부는,
    상기 커넥터에 연결된 부하라인 통하여 상기 출력전원을 출력하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력수신장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제2전극은,
    상기 커넥터가 형성된 하우징의 외측과 대칭되는 외측에 설치되고,
    상기 제2고정부는,
    상기 제2전극과 동일한 외측에 설치되는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력수신장치.
13. 제9항에 있어서, 상기 제2고정부는,
    상기 전력송신장치의 제1고정부를 구성하는 전자석 또는 마그네틱과의 관계에서 인력을 발생시키는 자성체로 구성되는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력수신장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 전원출력부와 상기 제2전극 사이에 연결되며, 상기 제1고정부와 상기 제2고정부 사이에 발생되는 인력과 반대 방향으로 탄성력을 발생시키는 하나 이상의 탄성체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조를 활용한 무선 전력수신장치.

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