KR20200088607A - 무선 전력 중계 장치 및 무선으로 전력을 공급하는 디스플레이 시스템 - Google Patents

무선 전력 중계 장치 및 무선으로 전력을 공급하는 디스플레이 시스템 Download PDF

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Abstract

무선 전력 중계 장치 및 무선으로 전력을 공급하는 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 중계 장치의 설계를 통해 무선 전력 전송으로 인해 발생하는 EMI를 감소시키는 기술에 관한 것이다.
일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치는, 제1외부 장치로부터 발생된 제1자기장으로부터 유도된 전류에 의해 제2자기장을 발생시키는 중계 코일 및 중계 코일이 마련된 자성체를 포함하고, 자성체는, 등 간격으로 이격되어 배치되는 제1자성체, 제2자성체 및 제3자성체를 포함하고, 중계 코일이 제1자성체에 감긴 방향과 제2자성체 및 제3자성체에 감긴 방향은 서로 상이하고, 중계 코일이 제2자성체에 감긴 방향과 제3자성체에 감긴 방향은 서로 동일하고, 발생된 제2자기장을 통해 제2외부 장치로 전력 신호를 전달한다.

Description

무선 전력 중계 장치 및 무선으로 전력을 공급하는 디스플레이 시스템{WIRELESS POWER RELAY DEVICE AND DISPLAY SYSTEM THAT SUPPLIES POWER WIRELESSLY}
무선 전력 중계 장치 및 무선으로 전력을 공급하는 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 중계 장치의 설계를 통해 무선 전력 전송으로 인해 발생하는 EMI를 감소시키는 기술에 관한 것이다.
현대 사회에 들어서면서, 디스플레이 성능 향상을 위한 다양한 기술 및 디스플레이와 호환되는 스피커 시스템의 성능 향상을 위한 다양한 기술이 개발되고 있다.
이러한 디스플레이 시스템에서는 디스플레이 장치 및 스피커 장치에 전력을 공급하기 위한 다양한 방법이 논의되고 있다. 최근 들어 전선을 사용하지 않고 전력을 공급할 수 있는 무선 전력 전송 기술(wireless power transmission)이 관심을 받고 있다. 무선 전력 전송 기술이 상용화 된다면 현재 사용되고 있는 유선 충전 시스템에 대해서 에너지를 쉽게 공급할 수 있는 장점이 있고, 디스플레이 시스템에 구비되는 복잡한 전선 없이도 전력을 전송할 수 있다.
이러한 무선 전력 전송 기술 중 자기 공진을 이용한 무선 전력 전송에서는 교류 소스로부터 전력을 공급받아 송신 코일에 교류를 발생시키고, 상기 송신 코일에 공진 코일을 커플링시켜서 상기 공진 코일에 의해 전력을 송신하게 된다. 자기 공진에 의한 무선 전력 전송은 전자기 유도 방식보다 멀리까지 전력을 송신할 수 있지만 여전히 그 전송 가능 거리가 짧아서 많은 개선이 필요하다.
또한, 무선 전력 전송 거리를 확보하기 위해서는 별도의 장치 및 회로가 필요하게 되므로 재료비 상승 및 효율이 떨어지고 전력 손실도 발생하는 문제점이 있다.
나아가 최근에는, 무선 전력 전송으로 인해 발생하는 자기장 누설에 의한 EMI(Electro Magnetic Interference)를 효율적으로 감소시키는 방법에 대한 중요성도 증대되고 있다.
무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 중계 장치의 구조를 특징적으로 설계함으로써, 디스플레이 장치에 무선으로 전력을 원활하게 전송하고 무선 전력 전송으로 인해 발생하는 EMI를 감소시키는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치는,
제1외부 장치로부터 발생된 제1자기장으로부터 유도된 전류에 의해 제2자기장을 발생시키는 중계 코일 및 상기 중계 코일이 마련된 자성체;를 포함하고, 상기 자성체는, 등 간격으로 이격되어 배치되는 제1자성체, 제2자성체 및 제3자성체를 포함하고, 상기 중계 코일이 상기 제1자성체에 감긴 방향과 상기 제2자성체 및 상기 제3자성체에 감긴 방향은 서로 상이하고, 상기 중계 코일이 상기 제2자성체에 감긴 방향과 상기 제3자성체에 감긴 방향은 서로 동일하고, 상기 발생된 제2자기장을 통해 제2외부 장치로 전력 신호를 전달한다.
또한, 상기 제2자성체는 상기 제1자성체의 일 측과 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치되고, 상기 제3자성체는 상기 제1자성체의 타 측과 상기 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치되며, 상기 제1자성체와 상기 제2자성체의 이격 거리와 상기 제1자성체와 상기 제3자성체의 이격 거리는 동일한 거리일 수 있다.
또한, 상기 제2자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수와 상기 제3자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수는 동일하고, 상기 제2자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수 및 상기 제3자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수는 상기 제1자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수보다 미리 정해진 횟수만큼 적을 수 있다.
또한, 상기 중계 코일은, 상기 제1자성체에 감긴 코일, 상기 제2자성체에 감긴 코일 및 상기 제3자성체에 감긴 코일이 직렬 연결되어 마련될 수 있다.
또한, 상기 제2자성체 및 상기 제3자성체의 두께는 상기 제1자성체의 두께와 동일하거나, 상기 제1자성체의 두께보다 미리 정해진 값만큼 얇게 마련될 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 중계 장치는, 상기 무선 전력 중계 장치에 전력을 공급하는 전력 공급 회로를 포함하고, 상기 전력 공급 회로는, 상기 공급된 전력을 이용하여 기능을 수행하는 부하부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 공급 회로는, 상기 자성체에 마련되는 전력 공급 코일을 포함하고, 상기 전력 공급 코일은, 상기 제1자성체에 감긴 상기 중계 코일과 동일한 방향으로 감기도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 부하부는, 사운드를 출력하는 사운드 출력부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 중계 코일은, 상기 자성체의 미리 정해진 위치에 감기도록 마련되고, 상기 미리 정해진 위치는, 상기 자성체의 중앙 및 양 끝단을 포함할 수 있다.
또한, 상기 중계 코일은, 상기 자성체의 중앙에 감긴 방향과 상기 양 끝단에 감긴 방향은 서로 상이하고, 상기 양 끝단에 감긴 방향은 서로 동일하게 마련될 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 중계 장치는, 상기 무선 전력 중계 장치에 전력을 공급하기 위한 전력 공급용 자성체;를 더 포함하고, 상기 전력 공급용 자성체는, 상기 전력 공급 회로에 연결될 수 있다.
또한, 상기 자성체의 중앙에 감긴 상기 중계 코일은, 상기 전력 공급용 자성체에 연결되도록 마련될 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 무선으로 전력을 공급하는 디스플레이 시스템은,
전원으로부터 공급된 전력을 제1자기장으로 변환하여 제1전력 신호를 스피커로 전송하는 무선 전력 송신기, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생된 상기 제1자기장으로부터 유도된 제1전류에 의해 제2자기장을 발생시키는 중계 코일 및 상기 중계 코일이 마련된 중계 자성체를 포함하고, 상기 발생된 제2자기장을 통해 디스플레이로 제2전력 신호를 전달하는 상기 스피커 및 상기 스피커로부터 발생된 상기 제2자기장으로부터 유도된 제2전류에 의해 제3자기장을 발생시키는 디스플레이 코일 및 상기 디스플레이 코일이 마련된 디스플레이 자성체를 포함하고, 상기 제2전류를 통해 전달되는 전력을 이용하여 이미지를 출력하는 이미지 출력부를 포함하는 상기 디스플레이를 포함하고, 상기 중계 자성체는, 등 간격으로 이격되어 배치되는 제1중계 자성체, 제2중계 자성체 및 제3중계 자성체를 포함하고, 상기 중계 코일이 상기 제1중계 자성체에 감긴 방향과 상기 제2중계 자성체 및 상기 제3 중계 자성체에 감긴 방향은 서로 상이하고, 상기 중계 코일이 상기 제2 중계 자성체에 감긴 방향과 상기 제3 중계 자성체에 감긴 방향은 서로 동일하다.
또한, 상기 중계 자성체는, 상기 제2중계 자성체는 상기 제1중계 자성체의 일 측과 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치되고, 상기 제3중계 자성체는 상기 제1중계 자성체의 타 측과 상기 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치되며, 상기 제1중계 자성체와 상기 제2 중계 자성체의 이격 거리와 상기 제1 중계 자성체와 상기 제3 중계 자성체의 이격 거리는 동일한 거리일 수 있다.
또한, 상기 제2중계 자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수와 상기 제3중계 자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수는 동일하고, 상기 제2중계 자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수 및 상기 제3중계 자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수는 상기 제1중계 자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수보다 미리 정해진 횟수만큼 적을 수 있다.
또한, 상기 중계 코일은, 상기 제1중계 자성체에 감긴 코일, 상기 제2중계 자성체에 감긴 코일 및 상기 제3중계 자성체에 감긴 코일이 직렬 연결되어 마련될 수 있다.
또한, 상기 제2중계 자성체 및 상기 제3중계 자성체의 두께는 상기 제1중계 자성체의 두께와 동일하거나, 상기 제1중계 자성체의 두께보다 미리 정해진 값만큼 얇게 마련될 수 있다.
또한, 상기 스피커는, 상기 스피커에 전력을 공급하는 전력 공급 회로를 포함하고, 상기 전력 공급 회로는, 상기 공급된 전력을 이용하여 기능을 수행하는 부하부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 공급 회로는, 상기 자성체에 마련되는 전력 공급 코일을 포함하고, 상기 전력 공급 코일은, 상기 제1중계 자성체에 감긴 상기 중계 코일과 동일한 방향으로 감기도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 부하부는, 사운드를 출력하는 사운드 출력부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 자성체는, 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치되는 제1디스플레이 자성체 및 제2디스플레이 자성체를 포함하고, 상기 디스플레이 코일은, 상기 제1디스플레이 자성체 및 상기 제2디스플레이 자성체 각각에 동일한 방향으로 감기도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 중계 코일은, 상기 중계 자성체의 미리 정해진 위치에 감기도록 마련되고, 상기 미리 정해진 위치는, 상기 중계 자성체의 중앙 및 양 끝단을 포함할 수 있다.
또한, 상기 중계 코일은, 상기 중계 자성체의 중앙에 감긴 방향과 상기 양 끝단에 감긴 방향은 서로 상이하고, 상기 양 끝단에 감긴 방향은 서로 동일하게 마련될 수 있다.
또한, 상기 스피커는, 상기 스피커에 전력을 공급하기 위한 전력 공급용 자성체를 더 포함하고, 상기 전력 공급용 자성체는, 상기 전력 공급 회로에 연결될 수 있다.
또한, 상기 중계 자성체의 중앙에 감긴 상기 중계 코일은, 상기 전력 공급용 자성체에 연결되도록 마련될 수 있다.
무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 중계 장치의 구조를 특징적으로 설계함으로써, 디스플레이 장치에 무선으로 전력을 원활하게 전송하고 무선 전력 전송으로 인해 발생하는 EMI를 감소시키는 효과가 있다. 또한, 디스플레이 장치에 근접하여 배치되는 스피커를 무선 전력 중계기로 이용하여 무선으로 전력을 전송 함으로써 디스플레이 시스템의 디자인적(또는, 미관상) 장점을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치 및 디스플레이 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치 및 디스플레이 시스템의 실제 구성을 도시한 시스템 구성도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전력 송신 코일, 중계 코일 및 디스플레이 코일에 흐르는 전류의 위상 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치 및 디스플레이 시스템의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치 및 디스플레이 시스템의 실제 구성을 도시한 시스템 구성도이다.
도 7은 일 실시예에 따라 제2중계 자성체 및 제3중계 자성체의 두께가 제1중계 자성체의 두께와 다르게 구현되는 것을 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도 면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람 직한 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 이러한 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 이러한 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 무선 전력 중계 장치 및 무선으로 전력을 공급하는 디스플레이 시스템을 후술된 실시예들에 따라 상세하게 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 나타내며, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 시스템(1)은 무선 전력 송신기(120), 스피커(110) 및 디스플레이(100)를 포함할 수 있다.
디스플레이(100)는 일반적으로 TV 화면을 표시하는 스크린 형태로 구현될 수 있다. 최근의 디스플레이(100)는 베젤이 없어지고 점차 얇은 형태로 구현되는 추세이므로 디스플레이(100) 내부의 스피커는 디스플레이(100)와 별도로 마련된 스피커 형태로 구현된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 스피커(110)는 디스플레이(100)와 물리적으로 분리된 사운드바(Sound-bar) 형태로 마련될 수 있으며, 이러한 스피커(110)는 음향을 전면으로 방사하여 출력되는 음질을 향상시킬 수 있다.
후술할 바와 같이, 일 실시예에 따른 스피커(110)는 내부에 공진기가 구비된 무선 전력 중계 장치로 구현되어, 무선 전력 송신기(120)로부터 전송되는 무선 전력을 수신하여 디스플레이(100)에 전송할 수 있다.
즉, 스피커(110) 내부에 마련되는 공진 회로는 스피커(110)의 기능을 위한 내부 회로를 구동시킴과 동시에 디스플레이(100)에 무선으로 전력을 전달할 수 있도록 설계될 수 있다.
이러한 디스플레이 시스템(1)의 디스플레이(100)는 벽걸이 TV 형태로 구현될 수 있으며, 디스플레이(100)에 포함되는 각종 연결 잭(Jack)들은 별도의 잭 박스(Jack Pack)에 배치되어, 외부 장치와의 연결성이 용이하도록 구현될 수 있다.
즉, HDMI 단자, 안테나 연결 단자 Input/Output 단자 등은 잭 박스에 배치될 수 있고, 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(120)는 이러한 잭 박스로 구현될 수 있다. 이외에도 무선 전력 송신기(120)는 셋 톱 박스 등으로 구현될 수 있으며, 실시예에는 제한이 없다.
이와 같이, 무선 전력 송신기(120)는 잭 박스 형태로 구현되고, 스피커(110)는 무선 전력 중계 장치 역할을 하여 디스플레이(100)에 무선으로 전력을 전송하며, 디스플레이(100)는 벽걸이형 TV로 구현됨으로써, 디스플레이 시스템(1)의 전원선을 무선화 하여 편리한 연결성과 미관상 장점을 확보할 수 있다.
디스플레이 시스템(1)은 디스플레이 시스템(1)에 포함된 각각의 구성을 통해, 무선으로 전력을 송수신하여 컨텐츠(content)를 출력할 수 있다. 이러한 컨텐츠는, 예를 들어, 디스플레이 시스템(1)에 저장되어 있거나, 외부 장치(예 : 셋톱 박스(set-top box), Jack Pack, DVD 플레이어 등)로부터 수신할 수 있다. 또한, 이러한 컨텐츠는 이미지 정보 및 사운드 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 디스플레이 시스템(1)은 컨텐츠를 표시하기 위해 각각의 구성에 무선으로 전력을 송신할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신기(120)는 외부 전원(10)에 연결되어 전력을 공급받을 수 있다. 외부 전원(10)은, 예를 들어 벽전원(또는, 상용 전원)으로서 지정된 범위(예 : 85 ~ 256 V) 내의 교류 전압을 디스플레이 시스템(1)에 공급할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신기(120)는 외부 전원(10)으로부터 공급된 전력을 외부 장치로 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(120)는 입력된 전원(또는, 공급된 전원)을 이용하여 제1전력 신호(20)를 외부 장치(예: 스피커(110))로 송신할 수 있다. 제1전력 신호(20)는, 예를 들어, 입력된 전원(예: 외부 전원(10))에 의해 생성된 전력을 무선으로 송신하기 위한 신호일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신기(120)는 전력 송신 자성체(122)에 마련된 전력 송신 코일(123, 도2 참조)을 통해 자기장을 생성함으로써 제1전력 신호(20)를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기(120)는 외부 전원(10)으로부터 공급된 전력을 자기장(또는, 제1자기장)으로 변환하여 제1 전력 신호(20)를 통해 스피커(110)로 송신할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신기(120)는 무선뿐만 아니라, 유선을 통해 외부 장치로 전력을 공급할 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신기(120)는 유선으로 연결된 외부 장치로 전력을 공급할 수 있다. 상기 외부 장치는, 예를 들어, 부가 기능을 수행하기 위한 장치일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 스피커(110)는 무선 전력 송신기(120)로부터 송신된 전력을 중계하여 외부 장치로 전달할 수 있다. 예를 들어, 스피커(110)는 무선 전력 송신기(120)로부터 제1전력 신호(20)를 수신하고, 상기 수신된 제1전력 신호(20)를 이용하여 외부 장치로 제2 전력 신호(30)를 송신할 수 있다.
제2전력 신호(30)는, 예를 들어, 제1전력 신호(20)를 통해 수신된 전력의 일부를 이용하여 발생시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 스피커(110)는 중계 자성체(114)에 마련된 중계 코일(115, 도 2참조)에 무선 전력 송신기(120)에 의해 생성된 자기장에 의한 유도 기전력이 발생되고, 발생된 유도 기전력으로 자기장을 생성하여 전력을 중계할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 스피커(110)는 지정된 사운드를 출력할 수 있다. 예를 들어, 스피커(110)는 무선 전력 송신기(120)로부터 수신된 제1전력 신호(20)의 일부를 이용하여 컨텐츠에 포함된 사운드를 출력할 수 있다. 이에 따라, 스피커(110)는 외부 장치로 전력을 중계하면서, 지정된 사운드를 출력할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 스피커(110)는 무선 전력 송신기(120)로부터 전송된 전력 신호(예: 제1전력 신호(20))를 중계하여 디스플레이(100)로 전송하는 무선 전력 중계 장치일 수 있다. 이러한 무선 전력 중계 장치는 릴레이(relay) 또는 리피터(repeater) 등으로 구현될 수 있다. 또한, 상기 무선 전력 중계 장치는 컨텐츠에 포함된 사운드를 출력할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 디스플레이(100)는 스피커(110)로부터 전력을 수신할 수 있다. 다시 말해, 디스플레이(100)는 스피커(110)를 통해 전달(또는, 중계)된 전력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(100)는 제2전력 신호(30)를 수신할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 디스플레이(100)는 디스플레이 자성체(106)에 마련된 디스플레이 코일(104)을 포함할 수 있고, 스피커(110)에 의해 생성된 자기장에 공진하는 디스플레이 코일(104)에 유도 기전력이 발생함으로써, 제2전력 신호(30)를 수신할 수 있다.
일 실시예에 다르면, 디스플레이(100)는 수신된 전력 신호(예 : 제2전력 신호(30))를 이용하여 지정된 이미지를 출력할 수 있고, 지정된 이미지는 컨텐츠에 포함된 이미지일 수 있다.
전술한 바와 같이, 디스플레이 시스템(1)은, 무선 전력 송신기(120), 스피커(110) 및 디스플레이(100)를 갖추고, 이러한 구성들 사이의 무선 전력 송수신을 통해 전력 신호에 포함된 컨텐츠를 송수신할 수 있다.
이 경우, 무선으로 전력을 전송함으로 인해 발생하는 누설 자기장으로 인해 EMI(Electro Magnetic Interference)가 발생하여 컨텐츠 송수신에 영향을 미칠 수 있는바, EMI를 감소시킬 필요성이 증대되고 있다.
개시된 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 시스템(1)에 의하면, 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 중계 장치의 구조를 특징적으로 설계함으로써, 디스플레이(100)에 무선으로 전력을 원활하게 전송하고 무선 전력 전송으로 인해 발생하는 EMI를 감소시킬 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치 및 디스플레이 시스템의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치 및 디스플레이 시스템의 실제 구성을 도시한 시스템 구성도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 디스플레이 시스템(1)의 디스플레이(100)는 이미지 출력부(101), 디스플레이 자성체(106)를 포함할 수 있고, 디스플레이 자성체(106)에는 디스플레이 코일(104)이 감겨서 마련될 수 있다.
디스플레이 자성체(106)는 제1디스플레이 자성체(106-1) 및 제1디스플레이 자성체(106-1)와 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치되는 제2디스플레이 자성체(106-2)를 포함할 수 있고, 디스플레이 코일(104)은 제1디스플레이 자성체(106-1) 및 제2디스플레이 자성체(106-2) 각각에 동일한 방향으로 감기도록 마련될 수 있다. 제1디스플레이 자성체(106-1)와 제2디스플레이 자성체(106-2)가 이격되는 미리 정해진 거리는 디스플레이(100) 설계상에 있어서, 디스플레이 자성체(106)의 배치에 따라 일정 값으로 정해진 거리일 수 있다.
디스플레이 시스템(1)의 스피커(110)는 무선 전력 중계 장치로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따른 스피커(110)는 중계 자성체(114)를 포함할 수 있고, 중계 자성체(114)에는 중계 코일(115)이 감겨서 마련될 수 있다.
또한, 스피커(110)는 중계 자성체(114)에 감겨서 마련되는 전력 공급 코일(118)을 포함할 수 있다.
나아가, 스피커(110)는 공급 받은 전력을 이용하여 스피커(110)의 기능을 수행하는 부하부(113)를 포함할 수 있고, 이러한 부하부(113)는 사운드를 출력하는 사운드 출력부(113)로 구현될 수 있다.
중계 자성체(114)는 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치되는 제1중계 자성체(114-1), 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)를 포함할 수 있다.
제2중계 자성체(114-2)는 제1중계 자성체(114-1)의 일 측과 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치될 수 있고, 제3중계 자성체(114-3)는 제1중계 자성체(114-1)의 타 측과 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치될 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 스피커(110)에는 제1중계 자성체(114-1)가 가운데 배치되고 제1중계 자성체(114-1)의 양 옆에 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)가 배치될 수 있다.
제1중계 자성체(114-1), 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)가 이격되는 미리 정해진 거리는 스피커(110) 설계상에 있어서, 중계 자성체(114)의 배치에 따라 일정 값으로 정해진 거리일 수 있다.
중계 코일(115)는 제1중계 자성체(114-1) 내지 제3중계 자성체(114-3)각각에 감겨서 마련될 수 있다.
제1중계 자성체(114-1) 내지 제3중계 자성체(114-3)에 감겨서 마련되는 중계 코일(115)은 서로 직렬 연결될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)의 방향과 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 방향은 서로 상이하고, 제2중계 자성체(114-2)에 감긴 중계 코일(115)의 방향과 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 방향은 서로 동일할 수 있다.
제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)의 방향이, 제2중계 자성체(114-2)에 감긴 중계 코일(115)의 방향 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 방향과 반대 방향이 됨으로써, 누설 자기장을 상쇄시켜서 EMI를 감소시킬 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 3에서 후술한다.
또한, 제2중계 자성체(114-2)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수와 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수는 동일하고, 제2중계 자성체(114-2)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수는 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수보다 미리 정해진 횟수만큼 적을 수 있다.
제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 중계 코일(115)이 감김으로써 발생하는 상호 인덕턴스에 의해 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)의 인덕턴스가 증가하거나 감소한다. 따라서, 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)로 인해 발생하는 자기장이 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)로 인해 발생하는 누설 자기장을 상쇄하면서도, 제1중계 자성체(114-1)의 인덕턴스(L1) 값을 크게 감소시키지 않도록 하는 범위 내에서 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수가 정해질 수 있다.
즉, 예를 들어, 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수가 5회이면, 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수는 4회일 수 있다.
스피커(110)는 스피커(110)에 전력을 공급하는 전력 공급 회로(117)를 더 포함할 수 있고, 전력 공급 회로(117)는 제1중계 자성체(114-1)에 감겨서 마련되는 전력 공급 코일(118) 및 공급된 전력을 이용하여 기능을 수행하기 위한 부하에 해당하는 사운드 출력부(113)를 포함할 수 있다.
이러한 전력 공급 코일(118)은 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)이 감긴 방향과 동일한 방향으로 감기도록 마련될 수 있다.
기존에는, 스피커(110)에 전력 공급을 위해 R, L, C로 이루어진 액티브 소자를 이용하여 전력을 공급하였으나, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 스피커(110)는 제1중계 자성체(114-1)에 마련되는 전력 공급 코일(118)을 통해 L, C만으로 이루어진 수동 소자를 이용하여 스피커에 전력을 공급함으로써, 전력 손실을 감소시키고, 추가적인 회로 설치를 하지 않아도 되는 효과가 있다.
디스플레이 시스템(1)의 무선 전력 송신기(120)는 전력 송신 자성체(122)를 포함할 수 있고, 전력 송신 자성체(122)에는 전력 송신 코일(123)이 감겨서 마련될 수 있다.
무선 전력 송신기(120)는 외부 전원(10)에 연결되어 전력을 공급받을 수 있다. 외부 전원(10)은, 예를 들어 벽전원(또는, 상용 전원)으로서 지정된 범위(예 : 85 ~ 256 V) 내의 교류 전압을 디스플레이 시스템(1)에 공급할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신기(120)는 전원(10)으로부터 공급된 전력을 제1자기장(121)으로 변환하여 제1전력 신호(20)를 스피커(110)로 전송한다.
스피커(110)의 중계 자성체(114)에 마련된 중계 코일(115)은 무선 전력 송신기(120)로부터 발생된 제1자기장(121)으로부터 유도된 제1전류에 의해 제2자기장(111)을 발생시킬 수 있다.
스피커(110)는 중계 자성체(114)에 마련된 중계 코일(115)에 의해 발생된 제2자기장(111)을 통해 디스플레이(100)로 제2전력 신호(30)를 전달할 수 있다. 즉, 스피커(110)의 중계 코일(115)에서 발생된 제2자기장(111)에 의해 디스플레이 자성체(106)에 마련된 디스플레이 코일(104)에 제2전류가 유도됨으로써 스피커(110)로부터 디스플레이(100)로 제2전력 신호(30)가 전달될 수 있다.
디스플레이(100)의 디스플레이 자성체(106)에 마련된 디스플레이 코일(104)은 스피커(110)로부터 발생된 제2자기장(111)으로부터 유도된 제2전류에 의해 제3자기장(105)을 발생시킬 수 있다.
디스플레이(100)의 이미지 출력부(101)는 제2자기장(111)으로부터 유도된 제2전류를 통해 전달되는 전력을 이용하여 화면에 이미지를 출력할 수 있다.
구체적으로, 도 3을 참조하면, 무선 전력 송신기(120)는 전원(10)으로부터 교류 전원이 인가되면, 전력 송신 코일(123)에 흐르는 전류로 인해 전력 송신 자성체(122)에 제1자기장(121)이 발생한다.
전력 송신 자성체(122)에서 발생한 제1자기장(121)은 스피커(110)의 중계 자성체(114)에 마련된 중계 코일(115)에 유도 전류에 해당하는 제1전류를 유기시킨다.
중계 코일(115)은 제1전류에 의해 제2자기장(111)을 발생시킬 수 있고, 제2자기장(111)의 방향은 제1자기장(121)의 방향과 반대이다.
즉, 전력 송신 자성체(122)에서 발생한 제1자기장(121)은 스피커(110)의 중계 코일(115)에 유도 전류가 흐르게 하고, 전자기 유도 방향에 관한 렌츠의 법칙(Lenz's Law)에 따라 중계 자성체(114)에 제2자기장(111)이 발생된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1자기장(121)에 의해 스피커(110)의 제1중계 자성체(114-1) 내지 제3중계 자성체(114-3) 각각에 마련된 중계 코일(115) 모두에 제1전류가 유도되고, 제1전류에 의해 제1중계 자성체(114-1) 내지 제3중계 자성체(114-3) 각각에 제2자기장(111)이 발생된다.
스피커(110)는 발생된 제2자기장(111)을 통해 디스플레이(100)로 제2전력 신호(30)를 전달할 수 있다.
스피커(110)의 중계 자성체(114)로부터 발생한 제2자기장(111)은 디스플레이(100)의 디스플레이 자성체(106)에 마련된 디스플레이 코일(104)에 유도 전류에 해당하는 제2전류를 유기시킨다.
디스플레이 코일(104)은 제2전류에 의해 제3자기장(105)을 발생시킬 수 있고, 제3자기장(105)의 방향은 제2자기장(111)의 방향과 반대이다.
즉, 중계 자성체(114)에서 발생한 제2자기장(111)은 디스플레이(100)의 디스플레이 코일(104)에 유도 전류가 흐르게 하고, 마찬가지로 렌츠의 법칙에 따라 디스플레이 자성체(106) 제3자기장(105)이 발생된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1중계 자성체(114)에 마련된 중계 코일(115)에 의한 제2자기장(111)에 의해, 디스플레이(100)의 제1디스플레이 자성체(106-1) 및 제2디스플레이 자성체(106-2) 각각에 마련된 디스플레이 코일(104) 모두에 제2전류가 유도되고, 제2전류에 의해 제1디스플레이 자성체(106-1) 및 제2디스플레이 자성체(106-2) 각각에 제3자기장(105)이 발생한다.
디스플레이(100)의 이미지 출력부(101)는 제2자기장(111)으로부터 유도된 제2전류를 통해 전달되는 전력을 이용하여 화면에 이미지를 출력할 수 있다.
전술한 바와 같이, 무선 전력 송신기(120)로부터 제1자기장(121)이 발생하고, 디스플레이(100)에서는 제3자기장(105)이 발생한다.
이 때, 제1자기장(121)의 위상과 제3자기장(105)의 위상이 180˚만큼 차이가 나면, 제1자기장(121)으로부터 발생하는 누설 자기장은 제3자기장(105)에 의해 상쇄됨으로써 제1자기장(121)으로부터 발생되는 EMI는 감소될 수 있다.
즉, 무선 전력 송신기(120)와 디스플레이(100) 사이에 스피커(110)를 설치하여, 무선 전력 중계 방식으로 전력을 송신하면, 무선 전력 송신기(120)에서의 자기장과 디스플레이(100)에서의 자기장이 서로 상쇄되어 누설 자기장으로 인한 EMI 발생을 감소시킬 수 있다.
이러한 자기장의 위상 차이에 기초한 EMI 감소방법을 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 전력 송신 코일, 중계 코일 및 디스플레이 코일에 흐르는 전류의 위상 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신기(120)의 전력 송신 코일(123)을 inductive 영역에서 동작시키고, 스피커(110)의 중계 코일(115)을 capacitive 영역에서 동작시키고, 디스플레이(100)의 디스플레이 코일(104)은 공진 주파수에서 동작하도록 설계하면, 전력 송신 코일(123)에 흐르는 전류와 디스플레이 코일(104)에 흐르는 전류의 위상이 180˚차이가 난다.
도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 전력 송신 코일(123)의 공진 주파수가 120kHz가 되도록 하고, 교류 자기장의 주파수를 123kHz로 발생시키면, 전력 송신 코일(123)의 공진 주파수보다 교류 자기장의 스위칭 주파수의 값이 크게 되므로, 공진 주파수에 대한 좌표축 상에서 전력 송신 코일(123)의 공진 주파수 값보다 오른쪽에 교류 자기장의 스위칭 주파수 값이 위치하는 inductive 영역이 된다.
한편, 예를 들어, 스피커(110)의 중계 코일(115)의 공진 주파수가 125kHz가 되도록 하고, 교류 자기장의 주파수를 123kHz로 발생시키면, 중계 코일(115)의 공진 주파수보다 교류 자기장의 스위칭 주파수의 값이 작게 되므로, 공진 주파수에 대한 좌표축 상에서 중계 코일(115)의 공진 주파수 값보다 왼쪽에 교류 자기장의 스위칭 주파수 값이 위치하는 capacitive 영역이 된다.
디스플레이(100)의 디스플레이 코일(104)은 최대 효율의 전력 전달의 이루어 지도록 공진 주파수(123kHz)와 교류 자기장의 스위칭 주파수(123kHz)를 일치 시킨다.
전술한 설정에 따라 전력 송신 코일(123), 중계 코일(114) 및 디스플레이 코일(104)이 동작하도록 설계하면, 전력 송신 코일(123)에 흐르는 전류의 위상과 중계 코일(114)에 흐르는 전류의 위상이 90˚ 차이가 나고, 중계 코일(114)에 흐르는 전류의 위상과 디스플레이 코일(104)에 흐르는 전류의 위상이 90˚ 차이가 나므로 결과적으로 전력 송신 코일(123)에 흐르는 전류의 위상과 디스플레이 코일(104)에 흐르는 전류의 위상이 180˚ 차이가 난다.
즉, 무선 전력 송신기(120)로부터 발생하는 제1자기장(121)의 위상과 디스플레이(100)로부터 발생하는 제3자기장(105)의 위상이 180˚ 차이가 나게 되어, 제1자기장(121)으로부터 발생하는 누설 자기장은 제3자기장(105)에 의해 상쇄됨으로써 제1자기장(121)으로부터 발생되는 EMI는 감소될 수 있다.
한편, 무선 전력 송신기(120)와 디스플레이(100) 사이에 스피커(110)를 위치시킴으로써 전술한 방식으로 누설 자기장을 감소시킬 수 있으나 스피커(110)에 마련된 중계 자성체(114)가 한 개로 구현된 경우에는 스피커(110)에 발생하는 제2자기장(111)에 의해 누설 자기장이 발생하게 된다.
따라서, 스피커(110)로부터 발생되는 누설 자기장에 의한 EMI를 감소시키기 위해 스피커(110)의 제1중계 자성체(114-1) 양 옆에 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)을 배치시킴으로써, 스피커(110)의 제1중계 자성체(114-1)로부터 발생되는 누설 자기장을 상쇄시킬 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2중계 자성체(114-2)는 제1중계 자성체(114-1)의 일 측과 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치될 수 있고, 제3중계 자성체(114-3)는 제1중계 자성체(114-1)의 타 측과 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치될 수 있다. 제1중계 자성체(114-1), 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)가 이격되는 미리 정해진 거리는 전술한 바와 같이, 스피커(110) 설계상에 있어서 중계 자성체(114)의 배치에 따라 일정 값으로 정해진 거리일 수 있다.
중계 코일(115)은 제1중계 자성체(114-1) 내지 제3중계 자성체(114-3) 각각에 감길 수 있고, 중계 코일(115)은 서로 직렬 연결되어 마련될 수 있다.
제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)의 방향과 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 방향은 서로 상이하고, 제2중계 자성체(114-2)에 감긴 중계 코일(115)의 방향과 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 방향은 서로 동일하다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 3개로 배치된 중계 자성체(114)에 있어서, 중간에 배치되는 중계 자성체에 감긴 중계 코일(115)의 방향과 좌측 및 우측에 배치되는 중계 자성체에 감긴 중계 코일(115)의 방향을 서로 반대 방향으로 연결한다.
상술한 바와 같은 중계 코일(115)의 감긴 방향에 의해, 제1중계 자성체(114-1)로부터 발생되는 제2자기장(111)에 의한 누설 자기장은 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)으로부터 발생되는 제2자기장(111)에 의해 상쇄되어 EMI가 감소될 수 있다.
즉, 제1중계 자성체(114-1)로부터 발생되는 자기장은 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)로부터 발생하는 자기장과 방향이 서로 반대가 되어 상쇄됨으로써, 누설 자기장이 감소될 수 있다.
제1중계 자성체(114-1) 내지 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 방향은 도 3에 도시된 방향과 반대로 감기도록 마련될 수 있다.
한편, 제1중계 자성체(114-1)와 제2중계 자성체(114-2) 사이의 거리 및 제1중계 자성체(114-1)와 제3중계 자성체(114-3) 사이의 거리가 너무 가까우면 중계 코일(115)로부터 발생된 제2자기장(111)이 서로 상쇄되어 소멸되므로, 무선 전력 전송 손실이 발생한다. 따라서, 가운데 위치하는 제1중계 자성체(114-1)와 좌측 및 우측에 위치하는 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)의 이격 거리는 너무 가깝지 않도록 미리 정해진 적절한 거리를 가지고 배치되어야 한다.
제1중계 자성체(114-1)와 제2중계 자성체(114-2) 사이의 거리 및 제1중계 자성체(114-1)와 제3중계 자성체(114-3) 사이의 거리는 스피커(110) 설계상에 있어서 중계 코일(115)로부터 발생된 제2자기장(111)이 서로 상쇄되어 소멸되지 않는 거리로 설정할 수 있다.
즉, 제1중계 자성체(114-1), 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)가 이격되는 미리 정해진 거리는 스피커(110)를 설계할 때, 자기장의 상쇄 조건과 무선 전력 전송 손실을 모두 고려하여 이격 거리를 결정할 수 있고, 이렇게 결정된 이격 거리에 따라 제1중계 자성체(114-1) 내지 제3중계 자성체(114-3)를 배치할 수 있다.
이 때, 제1중계 자성체(114-1)와 제2중계 자성체(114-2) 사이의 거리와 제1중계 자성체(114-1)와 제3중계 자성체(114-3) 사이의 거리는 동일한 거리일 수 있다. 즉, 제1중계 자성체(114-1)와 제2중계 자성체(114-2) 사이의 거리를 제1이격 거리로 지칭하고, 제1중계 자성체(114-1)와 제3중계 자성체(114-3) 사이의 거리를 제2이격 거리로 지칭할 수 있는데, 제1이격 거리와 제2이격 거리는 제1중계 자성체(114-1) 내지 제3중계 자성체(114-3)의 배치 관계에 따라 동일한 거리일 수도 있고, 상이한 거리일 수도 있다.
제1중계 자성체(114-1) 내지 제3중계 자성체(114-3) 사이의 거리가 적절히 조정되어 배치되어야 하는 이유를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
예를 들어, 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)의 인덕턴스를 L1이라 하고, 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 인덕턴스를 L2라고 하면, 각 중계 코일(115)은 직렬 연결이고 전술한 바와 같이 감긴 방향은 반대 방향이므로, 전체 인덕턴스
Figure pat00001
가 된다.
이 때, k는 중계 코일(115)의 커플링 계수로서 0에서 1 사이의 값을 가진다.
일 예로, L1 = 2.3mH, L2 = 0.47mH, k = 0.25인 경우, 전술한 수식에 기초하여 전체 인덕턴스 L = 2.25mH 가 된다.
즉, 전술한 수식에 기초할 때 전체 인덕턴스 L(2.25mH) 값은, 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일의 인덕턴스 L1(2.3mH) 값보다 0.05mH만큼 감소한다.
제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)의 인덕턴스(L1)는 무선 전력 송신기(120)에서 발생된 자기장을 중계하는 역할을 하기 때문에, 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 반대 방향으로 감긴 중계 코일(115)로 인해 전체 인덕턴스 값이 감소하면, 무선 전력 전송에 있어 효율 열화가 발생한다.
한편, k 값이 0.2가 되면, 전체 인덕턴스 L = 2.35mH가 되므로, 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일의 인덕턴스 L1(2.3mH) 값보다 0.05mH만큼 증가한다.
중계 코일(115)의 커플링 계수에 해당하는 k 값을 작게 하기 위해서는, 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)과 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115) 사이의 간격을 넓게 하거나, 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수를 조정해야 한다.
개시된 실시예에 따른 무선 전력 전송은, 무선 전력 전송의 효율 열화 없이, 누설 자기장으로 인한 EMI를 감소시키는 것이 목적이므로, 전체 인덕턴스(L) 값이 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)의 인덕턴스(L1) 값보다 작아지지 않도록 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수 및 코일의 간격을 적절히 조정해야 한다.
또한, 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)의 인덕턴스(L1)는 제1중계 자성체(114-1)가 포화되지 않는 범위 내에서 충분한 턴 수로 감아줄 수 있다.
따라서, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 시스템(1)의 중계 자성체(114)는, 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)과 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)을 서로 직렬로 연결 하였을 때의 전체 인덕턴스(L)가 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)의 인덕턴스(L1)와 같은 값이거나 큰 값이 되도록, 중계 코일(115)의 턴 수 및 간격을 조정할 수 있다.
도 3에 개시된 바와 같이, 제2중계 자성체(114-2)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수와 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수는 동일하고, 제2중계 자성체(114-2)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수는 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수보다 미리 정해진 횟수만큼 적을 수 있다.
이 때, 제1중계 자성체(114-1)에 감기는 중계 코일(115)의 턴 수보다 미리 적은 횟수로 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 감기는 중계 코일(115)의 턴 수는, 전술한 바와 같이 전체 인덕턴스(L) 및 제1중계 자성체(114-1)의 인덕턴스(L1)를 고려하여 설정될 수 있다.
즉, 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 중계 코일(115)이 감김으로써 발생하는 상호 인덕턴스에 의해 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)의 인덕턴스가 증가하거나 감소한다. 따라서, 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)로 인해 발생하는 자기장이 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)로 인해 발생하는 누설 자기장을 상쇄하면서도, 제1중계 자성체(114-1)의 인덕턴스(L1) 값을 크게 감소시키지 않도록 하는 범위 내에서 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)에 감긴 중계 코일(115)의 턴 수가 정해질 수 있다.
개시된 실시예에 따른 디스플레이 시스템(1)은. 무선 전력 중계 장치로서 스피커(110)를 사용하여, 디스플레이(100)에 무선으로 전력을 전송하면서 동시에 스피커(110)에 마련된 사운드 출력부(113)에도 전력을 공급한다.
스피커(110)가 디스플레이(100)에 전달되는 무선 전력을 효과적으로 중계하기 위해서는, 스피커(110)의 중계 코일(115)에 충분한 전류가 흘러야 그로 인해 제2자기장(111)이 발생되어 전력이 효과적으로 전송될 수 있다.
즉, 스피커(110)에 마련되는 사운드 출력부(113)에 전력을 공급하기 위해 중계 코일(115)에 사운드 출력부(113)가 직접 연결되면 사운드 출력부(113)의 부하 저항 때문에 중계 코일(115)에 충분한 전류가 흐르지 못한다.
따라서, 개시된 발명의 일 실시예에 따르면, 스피커(110)의 중계 코일(115)에 전류가 충분히 흐르도록 하면서 사운드 출력부(113)에도 전력이 원활하게 전달되도록 하기 위해, 전력을 중계하기 위한 중계 코일(115)과 사운드 출력부(113)에 전력을 전달하기 위한 전력 공급 코일(118)을 물리적으로 서로 분리하여 배치하기 위해, 전력 공급 코일(118)은 중계 코일(115)과 미리 정해진 간격을 가지고 중계 자성체(114)에 감기도록 마련될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 스피커(110)는 스피커(110)에 전력을 공급하는 전력 공급 회로(117)를 더 포함할 수 있고, 전력 공급 회로(117)는 제1중계 자성체(114-1)에 감겨서 마련되는 전력 공급 코일(118) 및 공급된 전력을 이용하여 기능을 수행하기 위한 부하에 해당하는 사운드 출력부(113)를 포함할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 전력 공급 코일(118)은 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)이 감긴 방향과 동일한 방향으로 감기도록 마련될 수 있다.
즉, 전력 공급 코일(118)은 제1중계 자성체(114-1)에 감긴 중계 코일(115)과 물리적으로 분리된 구조로 제1중계 자성체(114-1)에 감기도록 마련되고, 중계 코일(115)에 흐르는 전류와 전력 공급 코일(118)에 흐르는 전류의 위상은 동일하다.
전술한 바와 같이, 일 실시예에 따른 스피커(110)는 제1중계 자성체(114-1)에 마련되는 전력 공급 코일(118)을 통해 L, C만으로 이루어진 수동 소자를 이용하여 스피커에 전력을 공급함으로써, 전력 손실을 감소시키고, 추가적인 회로 설치를 하지 않아도 되는 효과가 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치 및 디스플레이 시스템의 구성을 나타낸 블럭도이고, 도 6은 다른 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치 및 디스플레이 시스템의 실제 구성을 도시한 시스템 구성도이다.
도 5를 참조하면, 디스플레이 시스템(1)의 디스플레이(100)는 이미지 출력부(101), 디스플레이 자성체(106)를 포함할 수 있고, 디스플레이 자성체(106)에는 디스플레이 코일(104)이 감겨서 마련될 수 있다.
한편, 도 5에서는 도 2에서와 달리, 단일의 디스플레이 자성체(106)로 구현되고 디스플레이 코일(104) 역시 단일의 디스플레이 자성체(106)에 감겨서 마련될 수 있다.
디스플레이 시스템(1)의 스피커(110)는 무선 전력 중계 장치로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따른 스피커(110)는 중계 자성체(114)를 포함할 수 있고, 중계 자성체(114)에는 중계 코일(115)이 감겨서 마련될 수 있다.
또한, 스피커(110)는 공급 받은 전력을 이용하여 스피커(110)의 기능을 수행하는 사운드 출력부(113)를 포함할 수 있다.
한편, 도 5의 중계 자성체(114)는 도 2에서와 달리 분리된 자성체가 아닌 일체형 중계 자성체(114)로 구현될 수 있다. 즉, 제조 및 설계상의 단순화를 위해서 스피커(110)에 포함되는 중계 자성체(114)를 세 개로 분할하지 않고, 단일 구성으로 구현할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 중계 자성체(114)는 일체형 단일 구성으로 마련될 수 있으며, 중계 코일(115)은 중계 자성체(114)의 미리 정해진 위치에 감기도록 마련될 수 있는데, 즉, 중계 코일(115)은 중계 자성체(114)의 중앙에 감겨서 마련되고 중계 자성체(114)의 양 끝단에 감겨서 마련될 수 있다.
중계 자성체(114)의 중앙에 감긴 중계 코일(115)과 양 끝단에 감긴 중계 코일(114)은 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 위치할 수 있다.
또한, 중계 자성체(114)의 미리 정해진 위치에 감긴 중계 코일(115)은 서로 직렬 연결될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 중계 자성체(114)의 중앙에 감긴 중계 코일(115)의 방향과 양 끝단에 감긴 중계 코일(115)의 방향은 서로 상이하다. 한편, 중계 자성체(114)의 양 끝단에 감긴 중계 코일(115)의 방향은 서로 동일하다.
즉, 중계 자성체(114)의 중앙에 감긴 중계 코일(115)의 방향과 양 끝단에 감긴 중계 코일(115)의 방향이 서로 반대 방향이 됨으로써, 누설 자기장을 상쇄시켜서 EMI를 감소시킬 수 있다.
스피커(110)는 스피커(110)에 전력을 공급하는 전력 공급 회로(117)를 더 포함할 수 있고, 전력 공급 회로(117)는 중계 자성체(114)와 별도로 마련되는 전력 공급용 자성체(119)에 감겨서 마련되는 전력 공급 코일(118) 및 공급된 전력을 이용하여 기능을 수행하기 위한 부하에 해당하는 사운드 출력부(113)를 포함할 수 있다.
도 3에서 전술한 실시예에서는, 전력 공급 코일(118)이 제1중계 자성체(114-1)에 감기도록 마련되었으나, 도 6에서 전력 공급 코일(118)은 전력 공급용 자성체(119)에 감겨서 마련된다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 중계 자성체(114)의 중앙에 감긴 중계 코일(115)의 일단은 전력 공급용 자성체(119)에도 감기도록 마련된다.
이러한 전력 공급용 자성체(119)는 토로이달(toroidal) 형태의 자성체로 구현될 수 있고, 중계 자성체(114)의 중앙에 감긴 중계 코일(115)의 일부는 전력 공급용 자성체(119)에 감기고, 전력 공급 코일(118)은 전력 공급용 자성체(119)에 감겨서 사운드 출력부(113)에 전력을 전달할 수 있다.
토로이달 형태의 전력 공급용 자성체(119)에 별도로 마련된 전력 공급 코일(118)을 통해 스피커(110)에 전력을 공급함으로써, 전력 손실을 감소시키고 추가적인 회로 설치를 하지 않아도 되는 효과가 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신기(120)는 전원(10)으로부터 공급된 전력을 제1자기장(121)으로 변환하여 제1전력 신호(20)를 스피커(110)로 전송한다.
스피커(110)의 중계 자성체(114)에 마련된 중계 코일(115)은 무선 전력 송신기(120)로부터 발생된 제1자기장(121)으로부터 유도된 제1전류에 의해 제2자기장(111)을 발생시킬 수 있다.
스피커(110)는 발생된 제2자기장(111)을 통해 디스플레이(100)로 제2전력 신호(30)를 전달할 수 있다.
디스플레이(100)의 디스플레이 자성체(106)에 마련된 디스플레이 코일(104)은 스피커(110)로부터 발생된 제2자기장(111)으로부터 유도된 제2전류에 의해 제3자기장(105)을 발생시킬 수 있다.
디스플레이(100)의 이미지 출력부(101)는 제2자기장(111)으로부터 유도된 제2전류를 통해 전달되는 전력을 이용하여 화면에 이미지를 출력할 수 있다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 송신기(120)는 전원(10)으로부터 교류 전원이 인가되면, 전력 송신 코일(123)에 흐르는 전류로 인해 전력 송신 자성체(122)에 제1자기장(121)이 발생한다.
전력 송신 자성체(122)에서 발생한 제1자기장(121)은 스피커(110)의 중계 자성체(114)에 마련된 중계 코일(115)에 유도 전류에 해당하는 제1전류를 유기시킨다.
중계 코일(115)은 제1전류에 의해 제2자기장(111)을 발생시킬 수 있고, 제2자기장(111)의 방향은 제1자기장(121)의 방향과 반대이다.
즉, 전력 송신 자성체(122)에서 발생한 제1자기장(121)은 스피커(110)의 중계 코일(115)에 유도 전류가 흐르게 하고, 전자기 유도 방향에 관한 렌츠의 법칙에 따라 중계 자성체(114)에 제2자기장(111)이 발생된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1자기장(121)에 의해 스피커(110)의 중계 자성체(114)에 감긴 중계 코일(115) 모두에 제1전류가 유도되고, 제1전류에 의해 제1중계 자성체(114-1) 내지 제3중계 자성체(114-3) 각각에 제2자기장(111)이 발생된다.
스피커(110)는 발생된 제2자기장(111)을 통해 디스플레이(100)로 제2전력 신호(30)를 전달할 수 있다.
스피커(110)의 중계 자성체(114)로부터 발생한 제2자기장(111)은 디스플레이(100)의 디스플레이 자성체(106)에 마련된 디스플레이 코일(104)에 유도 전류에 해당하는 제2전류를 유기시킨다.
디스플레이 코일(104)은 제2전류에 의해 제3자기장(105)을 발생시킬 수 있고, 제3자기장(105)의 방향은 제2자기장(111)의 방향과 반대이다.
즉, 중계 자성체(114)에서 발생한 제2자기장(111)은 디스플레이(100)의 디스플레이 코일(104)에 유도 전류가 흐르게 하고, 마찬가지로 렌츠의 법칙에 따라 디스플레이 자성체(106) 제3자기장(105)이 발생된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 중계 자성체(114)의 중앙에 마련된 중계 코일(115)에 의한 제2자기장(111)에 의해, 디스플레이(100)의 디스플레이 자성체(106)에 마련된 디스플레이 코일(104)에 제2전류가 유도되고, 제2전류에 의해 디스플레이 자성체(106)에 제3자기장(105)이 발생한다.
디스플레이(100)의 이미지 출력부(101)는 제2자기장(111)으로부터 유도된 제2전류를 통해 전달되는 전력을 이용하여 화면에 이미지를 출력할 수 있다.
도 6의 실시예에 따른 디스플레이 시스템(1)의 무선 전력 전송 과정은 도 3에서 설명한 무선 전력 전송 과정과 동일한 바, 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 도 3 내지 도 4에서 전술한 방식에 의해 도 6에서도 무선 전력 송신기(120)로부터 발생하는 제1자기장(121)의 위상과 디스플레이(100)로부터 발생하는 제3자기장(105)의 위상이 180˚ 차이가 나게 되어, 제1자기장(121)으로부터 발생하는 누설 자기장은 제3자기장(105)에 의해 상쇄됨으로써 제1자기장(121)으로부터 발생되는 EMI는 감소될 수 있다.
전술한 바와 같이, 무선 전력 송신기(120)로부터 제1자기장(121)이 발생하고, 디스플레이(100)에서는 제3자기장(105)이 발생한다.
이 때, 제1자기장(121)의 위상과 제3자기장(105)의 위상이 180˚만큼 차이가 나면, 제1자기장(121)으로부터 발생하는 누설 자기장은 제3자기장(105)에 의해 상쇄됨으로써 제1자기장(121)으로부터 발생되는 EMI는 감소될 수 있다.
즉, 무선 전력 송신기(120)와 디스플레이(100) 사이에 스피커(110)를 설치하여, 무선 전력 중계 방식으로 전력을 송신하면, 무선 전력 송신기(120)에서의 자기장과 디스플레이(100)에서의 자기장이 서로 상쇄되어 누설 자기장으로 인한 EMI 발생을 감소시킬 수 있다.
한편, 무선 전력 송신기(120)와 디스플레이(100) 사이에 스피커(110)를 위치시킴으로써 전술한 방식으로 누설 자기장을 감소시킬 수 있으나, 스피커(110)에 마련된 중계 자성체(114)의 중앙으로부터 발생되는 제2자기장(111)에 의해 누설 자기장이 발생하게 된다.
따라서, 스피커(110)로부터 발생되는 누설 자기장에 의한 EMI를 감소시키기 위해 스피커(110)의 중계 자성체(114)의 중앙 중계 코일(115)의 양 옆의 미리 정해진 거리에 중계 코일(115)이 미리 정해진 방향으로 감기도록 함으로써 누설 자기장을 상쇄시킬 수 있다.
도 6의 실시예에서는 도 3의 실시예와 달리, 스피커(110)의 중계 자성체(114)가 세 개로 분할되어 배치된 것이 아니라 단일의 일체형 구성으로 마련되어 있다.
즉, 중계 자성체(114)는 한 개로 구현되어 있으나, 중계 자성체(114)의 중앙에 감긴 중계 코일(115)의 방향과 양 끝단에 감긴 중계 코일(115)의 방향이 반대가 되도록 함으로써, 중계 자성체(114)의 중앙으로부터 발생되는 제2자기장(111)에 의한 누설 자기장은 중계 자성체(114)의 양 끝단으로부터 발생되는 제2자기장(111)에 의해 상쇄되어 EMI가 감소될 수 있다.
중계 자성체(114)의 중앙에 감긴 중계 코일(115)의 방향과 중계 자성체(114)의 양 끝단에 감긴 중계 코일(115)의 방향은 도 6에 도시된 방향과 반대로 감기도록 마련될 수 있다.
개시된 실시예에 따른 디스플레이 시스템(1)은. 무선 전력 중계 장치로서 스피커(110)를 사용하여, 디스플레이(100)에 무선으로 전력을 전송하면서 동시에 스피커(110)에 마련된 사운드 출력부(113)에도 전력을 공급한다.
스피커(110)는 스피커(110)에 전력을 공급하는 전력 공급 회로(117)를 더 포함할 수 있고, 전력 공급 회로(117)는 중계 자성체(114)와 별도로 마련되는 전력 공급용 자성체(119)에 감겨서 마련되는 전력 공급 코일(118) 및 공급된 전력을 이용하여 기능을 수행하기 위한 부하에 해당하는 사운드 출력부(113)를 포함할 수 있다.
전력 공급 코일(118)은 전력 공급용 자성체(119)에 감겨서 마련되며, 중계 자성체(114)의 중앙에 감긴 중계 코일(115)의 일단은 토로이달 형태의 전력 공급용 자성체(119)에도 감기도록 마련된다. 전력 공급 코일(118)은 전력 공급용 자성체(119)에 감겨서 사운드 출력부(113)에 전력을 전달할 수 있다.
스피커(110)에 포함되는 중계 자성체(114)가 한 개의 단일 자성체로 구현되는 경우, 사운드 출력부(113)로 전력을 전달하기 위해 별도의 토로이달 자성체를 사용하여 전력을 분배할 수 있고, 이 때 중계 코일(115)에 흐르는 전류를 방해하지 않도록 임피던스 변환을 통해 전력을 분배할 수 있다.
즉, 중계 코일(115)이 토로이달 형태의 전력 공급용 자성체(119)에 감기는 턴 수와 사운드 출력부(113)로 연결되는 전력 공급 코일(118)의 턴 수에 따라 임피던스 변환이 가능하다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 스피커(110)는, 토로이달 형태의 전력 공급용 자성체(119)에 별도로 마련된 전력 공급 코일(118)을 통해 스피커(110)에 전력을 공급함으로써, 전력 손실을 감소시키고 추가적인 회로 설치를 하지 않아도 되는 효과가 있다.
도 7은 일 실시예에 따라 제2중계 자성체 및 제3중계 자성체의 두께가 제1중계 자성체의 두께와 다르게 구현되는 것을 도시한 것이다.
도 7을 참고하면, 스피커(110)의 제1중계 자성체(114-1)의 양 옆에 배치되는 제2중계 자성체(114-2) 및 제3중계 자성체(114-3)는 제1중계 자성체(114-1)보다 얇은 두께로 마련될 수 있다.
즉, 자성체에 감겨서 마련되는 코일의 특성상 자성체 중간 부분의 내부 자기장의 세기가 강하고, 좌측 및 우측으로 갈수록 자기장의 세기가 약해진다. 따라서, 제1중계 자성체(114-1)의 좌측에 배치되는 제2중계 자성체(114-2) 및 우측에 배치되는 제3중계 자성체(114-3)의 두께는 제1중계 자성체(114-1)의 두께와 동일하거나 미리 정해진 값만큼 얇게 마련될 수 있다.
예를 들어, 제2중계 자성체(114-2) 및 우측에 배치되는 제3중계 자성체(114-3)의 두께가 제1중계 자성체(114-1)의 두께의 절반으로 얇으면 스피커(110)의 무게가 감소될 수 있다.
이와 같이, 제1중계 자성체(114-1) 내지 제3중계 자성체(114-3)의 두께는 미리 정해진 값으로 설정될 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
1 : 디스플레이 시스템
100 : 디스플레이
101 : 이미지 출력부
104 : 디스플레이 코일
106 : 디스플레이 자성체
110 : 스피커
113 : 사운드 출력부
114 : 중계 자성체
115 : 중계 코일
117 : 전력 공급 회로
118 : 전력 공급 코일
119 : 전력 공급용 자성체
120 : 전력 송신 장치
122 : 전력 송신 자성체
123 : 전력 송신 코일

Claims (25)

  1. 제1외부 장치로부터 발생된 제1자기장으로부터 유도된 전류에 의해 제2자기장을 발생시키는 중계 코일; 및
    상기 중계 코일이 마련된 자성체;를 포함하고,
    상기 자성체는, 등 간격으로 이격되어 배치되는 제1자성체, 제2자성체 및 제3자성체를 포함하고,
    상기 중계 코일이 상기 제1자성체에 감긴 방향과 상기 제2자성체 및 상기 제3자성체에 감긴 방향은 서로 상이하고, 상기 중계 코일이 상기 제2자성체에 감긴 방향과 상기 제3자성체에 감긴 방향은 서로 동일하고,
    상기 발생된 제2자기장을 통해 제2외부 장치로 전력 신호를 전달하는 무선 전력 중계 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2자성체는,
    상기 제1자성체의 일 측과 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치되고,
    상기 제3자성체는,
    상기 제1자성체의 타 측과 상기 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치되며,
    상기 제1자성체와 상기 제2자성체의 이격 거리와 상기 제1자성체와 상기 제3자성체의 이격 거리는 동일한 거리인 무선 전력 중계 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수와 상기 제3자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수는 동일하고,
    상기 제2자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수 및 상기 제3자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수는 상기 제1자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수보다 미리 정해진 횟수만큼 적은 무선 전력 중계 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 중계 코일은,
    상기 제1자성체에 감긴 코일, 상기 제2자성체에 감긴 코일 및 상기 제3자성체에 감긴 코일이 직렬 연결되어 마련되는 무선 전력 중계 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제2자성체 및 상기 제3자성체의 두께는 상기 제1자성체의 두께와 동일하거나, 상기 제1자성체의 두께보다 미리 정해진 값만큼 얇게 마련되는 무선 전력 중계 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 무선 전력 중계 장치는,
    상기 무선 전력 중계 장치에 전력을 공급하는 전력 공급 회로;를 포함하고,
    상기 전력 공급 회로는,
    상기 공급된 전력을 이용하여 기능을 수행하는 부하부;를 포함하는 무선 전력 중계 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전력 공급 회로는,
    상기 자성체에 마련되는 전력 공급 코일;을 포함하고,
    상기 전력 공급 코일은,
    상기 제1자성체에 감긴 상기 중계 코일과 동일한 방향으로 감기도록 마련되는 무선 전력 중계 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 부하부는,
    사운드를 출력하는 사운드 출력부;를 포함하는 무선 전력 중계 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 중계 코일은,
    상기 자성체의 미리 정해진 위치에 감기도록 마련되고,
    상기 미리 정해진 위치는, 상기 자성체의 중앙 및 양 끝단을 포함하는 무선 전력 중계 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 중계 코일은,
    상기 자성체의 중앙에 감긴 방향과 상기 양 끝단에 감긴 방향은 서로 상이하고,
    상기 양 끝단에 감긴 방향은 서로 동일하게 마련되는 무선 전력 중계 장치.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 무선 전력 중계 장치는,
    상기 무선 전력 중계 장치에 전력을 공급하기 위한 전력 공급용 자성체;를 더 포함하고,
    상기 전력 공급용 자성체는,
    상기 전력 공급 회로에 연결되는 무선 전격 중계 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 자성체의 중앙에 감긴 상기 중계 코일은,
    상기 전력 공급용 자성체에 연결되도록 마련되는 무선 전력 중계 장치.
  13. 전원으로부터 공급된 전력을 제1자기장으로 변환하여 제1전력 신호를 스피커로 전송하는 무선 전력 송신기;
    상기 무선 전력 송신기로부터 발생된 상기 제1자기장으로부터 유도된 제1전류에 의해 제2자기장을 발생시키는 중계 코일; 및 상기 중계 코일이 마련된 중계 자성체;를 포함하고, 상기 발생된 제2자기장을 통해 디스플레이로 제2전력 신호를 전달하는 상기 스피커; 및
    상기 스피커로부터 발생된 상기 제2자기장으로부터 유도된 제2전류에 의해 제3자기장을 발생시키는 디스플레이 코일; 및 상기 디스플레이 코일이 마련된 디스플레이 자성체;를 포함하고, 상기 제2전류를 통해 전달되는 전력을 이용하여 이미지를 출력하는 이미지 출력부;를 포함하는 상기 디스플레이;를 포함하고,
    상기 중계 자성체는, 등 간격으로 이격되어 배치되는 제1중계 자성체, 제2중계 자성체 및 제3중계 자성체를 포함하고,
    상기 중계 코일이 상기 제1중계 자성체에 감긴 방향과 상기 제2중계 자성체 및 상기 제3 중계 자성체에 감긴 방향은 서로 상이하고, 상기 중계 코일이 상기 제2 중계 자성체에 감긴 방향과 상기 제3 중계 자성체에 감긴 방향은 서로 동일한 디스플레이 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 중계 자성체는,
    상기 제2중계 자성체는,
    상기 제1중계 자성체의 일 측과 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치되고,
    상기 제3중계 자성체는,
    상기 제1중계 자성체의 타 측과 상기 미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치되며,
    상기 제1중계 자성체와 상기 제2 중계 자성체의 이격 거리와 상기 제1 중계 자성체와 상기 제3 중계 자성체의 이격 거리는 동일한 거리인 디스플레이 시스템.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제2중계 자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수와 상기 제3중계 자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수는 동일하고,
    상기 제2중계 자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수 및 상기 제3중계 자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수는 상기 제1중계 자성체에 감긴 상기 중계 코일의 턴 수보다 미리 정해진 횟수만큼 적은 디스플레이 시스템.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 중계 코일은,
    상기 제1중계 자성체에 감긴 코일, 상기 제2중계 자성체에 감긴 코일 및 상기 제3중계 자성체에 감긴 코일이 직렬 연결되어 마련되는 디스플레이 시스템.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 제2중계 자성체 및 상기 제3중계 자성체의 두께는 상기 제1중계 자성체의 두께와 동일하거나, 상기 제1중계 자성체의 두께보다 미리 정해진 값만큼 얇게 마련되는 디스플레이 시스템.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 스피커는,
    상기 스피커에 전력을 공급하는 전력 공급 회로;를 포함하고,
    상기 전력 공급 회로는,
    상기 공급된 전력을 이용하여 기능을 수행하는 부하부;를 포함하는 디스플레이 시스템.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 전력 공급 회로는,
    상기 자성체에 마련되는 전력 공급 코일;을 포함하고,
    상기 전력 공급 코일은,
    상기 제1중계 자성체에 감긴 상기 중계 코일과 동일한 방향으로 감기도록 마련되는 디스플레이 시스템.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 부하부는,
    사운드를 출력하는 사운드 출력부;를 포함하는 디스플레이 시스템.
  21. 제 13항에 있어서,
    상기 디스플레이 자성체는,
    미리 정해진 거리에 따라 이격되어 배치되는 제1디스플레이 자성체 및 제2디스플레이 자성체를 포함하고,
    상기 디스플레이 코일은,
    상기 제1디스플레이 자성체 및 상기 제2디스플레이 자성체 각각에 동일한 방향으로 감기도록 마련되는 디스플레이 시스템.
  22. 제 13항에 있어서,
    상기 중계 코일은,
    상기 중계 자성체의 미리 정해진 위치에 감기도록 마련되고,
    상기 미리 정해진 위치는, 상기 중계 자성체의 중앙 및 양 끝단을 포함하는 디스플레이 시스템.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 중계 코일은,
    상기 중계 자성체의 중앙에 감긴 방향과 상기 양 끝단에 감긴 방향은 서로 상이하고,
    상기 양 끝단에 감긴 방향은 서로 동일하게 마련되는 디스플레이 시스템.
  24. 제 18항에 있어서,
    상기 스피커는,
    상기 스피커에 전력을 공급하기 위한 전력 공급용 자성체;를 더 포함하고,
    상기 전력 공급용 자성체는,
    상기 전력 공급 회로에 연결되는 디스플레이 시스템.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 중계 자성체의 중앙에 감긴 상기 중계 코일은,
    상기 전력 공급용 자성체에 연결되도록 마련되는 디스플레이 시스템.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109496384B (zh) * 2016-08-31 2023-10-27 菲利普莫里斯生产公司 用于气溶胶生成制品的可充电电能源的无线充电系统
US11133698B2 (en) * 2019-09-01 2021-09-28 Wen Cai Wireless charging systems and methods for controlling the same
KR20210073296A (ko) * 2019-12-10 2021-06-18 삼성전자주식회사 공중부양 디스플레이 장치
JP2022134313A (ja) * 2021-03-03 2022-09-15 株式会社Ihi 給電装置及び給電システム

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9093853B2 (en) * 2008-09-27 2015-07-28 Witricity Corporation Flexible resonator attachment
US8686684B2 (en) 2009-03-27 2014-04-01 Microsoft Corporation Magnetic inductive charging with low far fields
KR101414779B1 (ko) * 2010-10-20 2014-07-03 한국전자통신연구원 무선 전력 전송 장치
KR101832331B1 (ko) * 2011-06-29 2018-02-26 엘지전자 주식회사 장치들 간의 무선 전력 전송 및 통신
KR101262641B1 (ko) * 2011-06-29 2013-05-08 엘지이노텍 주식회사 무선 전력 중계 장치 및 그 방법
KR101910194B1 (ko) 2011-11-07 2018-10-22 엘에스전선 주식회사 멀티 충전이 가능한 무선 전력 송수신 시스템
US9331518B2 (en) 2012-09-28 2016-05-03 Broadcom Corporation Adaptive multi-pathway wireless power transfer
WO2014059294A1 (en) 2012-10-12 2014-04-17 Brigham And Women's Hospital, Inc. Method and apparatus for wireless magnetic power transmission
KR102195109B1 (ko) * 2013-11-20 2020-12-24 삼성전자주식회사 무선 충전 장치 및 방법
KR20150090668A (ko) 2014-01-29 2015-08-06 엘에스전선 주식회사 무선 전력 중계 장치, 무선 전력 송신 장치, 및 무선 전력 전송 시스템
WO2016007594A1 (en) 2014-07-08 2016-01-14 Witricity Corporation Resonators for wireless power transfer systems
CN108539878A (zh) 2017-03-06 2018-09-14 光宝电子(广州)有限公司 无线充电装置
WO2018190581A1 (en) 2017-04-12 2018-10-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless power transmitter, wireless power receiving electronic device, and method for operating the same
EP3474630A1 (en) * 2017-10-19 2019-04-24 LG Electronics Inc. Induction heating device having improved target object detection accuracy and induction heating system including the same
US10403113B1 (en) * 2018-04-06 2019-09-03 Witricity Corpoation Methods for warning of electromagnetic fields produced by wireless electric vehicle charging systems
KR102538112B1 (ko) 2018-04-18 2023-05-31 삼성전자주식회사 무선으로 전력을 공급하는 디스플레이 시스템

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