KR20240056208A - 공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 - Google Patents

공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20240056208A
KR20240056208A KR1020220136546A KR20220136546A KR20240056208A KR 20240056208 A KR20240056208 A KR 20240056208A KR 1020220136546 A KR1020220136546 A KR 1020220136546A KR 20220136546 A KR20220136546 A KR 20220136546A KR 20240056208 A KR20240056208 A KR 20240056208A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power transmission
coil
wireless power
transmission device
capacitor
Prior art date
Application number
KR1020220136546A
Other languages
English (en)
Inventor
구범우
박재현
박재석
변강호
여성구
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020220136546A priority Critical patent/KR20240056208A/ko
Priority to PCT/KR2023/015541 priority patent/WO2024085520A1/ko
Publication of KR20240056208A publication Critical patent/KR20240056208A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/0115—Frequency selective two-port networks comprising only inductors and capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20136—Forced ventilation, e.g. by fans
    • H05K7/20172—Fan mounting or fan specifications

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치는, 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 공진기, 상기 적어도 하나의 코일의 내부에 형성된 내부 공간 및 상기 내부 공간에 배치된 전력 송신 회로를 포함할 수 있다. 이외에 다양한 실시예들이 가능할 수 있다.

Description

공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치{RESONATOR STRUCTURE AND WIRELESS POWER TRANSMITTING DEVICE}
본 문서에 개시된 다양한 실시예는 무선 전력 송신 장치에 관한 것으로, 예를 들면, 공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.
무선 충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고, 무선 전력 송신 장치(예: 충전 패드)에 올려놓기만 하면 휴대폰의 배터리가 자동으로 충전될 수 있는 기술을 말한다. 이러한 무선 충전 기술은 전자 제품에 전력 공급을 위한 커넥터를 구비하지 않아도 되어 방수기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않게 되므로 전자 장치의 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있다.
최근 무선 충전 기술이 발전하면서, 하나의 전자 장치(공진기)에서 다른 다양한 전자 장치(무선 전력 수신기)로 전력을 공급하여 충전하는 방법이 연구되고 있다. 무선 충전 기술에는 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 공진(resonance)을 이용하는 공진 방식과, 전기적 에너지를 전자기파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/microwave radiation) 방식이 있다.
최근에는 예컨대 스마트 폰과 같은 전자 장치를 중심으로 전자기 유도 방식 또는 공진 방식을 이용한 무선 충전 기술이 보급되고 있다. 공진기(power transmitting unit, PTU)(예: 무선 전력 송신 장치)와 무선 전력 수신기(power receiving unit, PRU)(예: 스마트 폰 또는 웨어러블 전자 장치)가 접촉하거나 일정 거리 이내로 접근하면, 공진기의 전송 코일과 무선 전력 수신기의 수신 코일 사이의 전자기 유도 또는 전자기 공진 등의 방법에 의해 무선 전력 수신기의 배터리가 충전될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치는, 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 공진기, 상기 적어도 하나의 코일의 내부에 형성된 내부 공간 및 상기 내부 공간에 배치된 전력 송신 회로를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치는, 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 공진기, 상기 적어도 하나의 코일의 내부에 형성된 내부 공간 및 상기 내부 공간에 배치된 전력 송신 회로를 포함하고, 상기 적어도 하나의 코일은, 적어도 일 부분이 폐루프 형상을 형성할 수 있다.
도 1a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 블록도를 도시한다.
도 1b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치 및 복수의 전자 장치들의 블록도를 도시한다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치를 도시한다.
도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 전력 송신 회로 및 전력 수신 회로의 상세 블록도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치 및 적어도 하나의 전자 장치를 나타내는 사시도이다.
도 4a는 비교예에 따른, 무선 전력 송신 장치가 생성하는 자기장의 분포도이다.
도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치가 생성하는 자기장의 분포도이다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 적어도 하나의 커패시터를 나타낸 사시도이다.
도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 적어도 하나의 커패시터를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 평면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 내부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 쿨링팬을 설명하기 위한 도면이다.
도 9은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 평면도이다.
도 10a은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 내부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10b은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 내부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 11a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 11b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 사시도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 분해 사시도이다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 사시도이다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 분해도이다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른, 도 16의 A 부분의 확대도이다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
본 개시에서, 각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
도 1a는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 블록도를 도시한다. 도 1b는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 복수의 전자 장치들의 블록도를 도시한다.
도 1a 내지 도 1b의 실시예들은, 도 2a 내지 도 18의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 1a를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 무선 전력 수신 장치(150)(이하, '전자 장치(150)'라 명명함)에 무선으로 전력(161)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 다양한 충전 방식에 따라 전자 장치(150)로 전력(161)을 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 유도 방식에 따라 전력(161)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 유도 방식에 의한 경우에, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 코일, 통신 변복조 회로 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터는 적어도 하나의 코일과 함께 공진 회로를 구성할 수도 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, WPC(wireless power consortium) 표준(또는, Qi 표준)에서 정의된 방식으로 구현될 수 있다. 또, 한 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진 방식에 따라 전력(161)을 송신할 수 있다. 공진 방식에 의한 경우에는, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 코일, 아웃-오브-밴드(Out-of-band), 또는 근거리 통신 모듈(예: BLE(bluetooth low energy) 근거리 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 코일은 공진 회로를 구성할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준(또는, AFA(air fuel alliance) 표준)에서 정의된 방식으로 구현될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진 방식 또는 유도 방식에 따라 교류 전류가 흐르면 시간에 따라 크기가 변경되는 시변(time varying) 자기장을 생성할 수 있는 코일을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 자기장을 생성하는 과정을, 무선 전력 송신 장치(100)가 전력(161)을 출력한다 또는 무선으로 송신한다고 표현할 수 있다. 아울러, 전자 장치(150)는, 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장에 의하여 유도 기전력이 발생되는 코일을 포함할 수 있다. 전자 장치(150)가 코일을 통하여 유도 기전력을 발생시키는 과정을, 전자 장치(150)에 전력(161)이 입력된다 또는 전자 장치(150)가 전력(161)을 무선으로 수신한다고 표현할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는, 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 인-밴드(In-band) 방식에 따라 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 송신하고자 하는 데이터를 예를 들어 온/오프 키잉(on/off keying) 변조 방식에 따라, 로드(또는, 로드 임피던스)를 변경할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 코일의 전류, 전압 또는 전력의 크기 변경에 기초하여 로드 변경(또는, 로드 임피던스 변경)을 측정함으로써, 상대 장치에서 송신하는 데이터를 판단할 수 있다. 또, 한 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 아웃-오브-밴드(Out-of-Band) 방식에 따라 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 코일 또는 패치 안테나와 별도로 구비된 근거리 통신 모듈(예: BLE 통신 모듈)를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다. 무선 전력의 주파수 대역과 근거리 통신 모듈의 대역은 서로 이격되어 있다. 예를 들면, AirFuel 표준의 경우, 무선 전력의 주파수 대역은 6.78MHz이고, 근거리 통신 모듈의 주파수 대역은 2.4GHZ이다.
본 개시에서, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)가 특정 동작을 수행하는 것은, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)에 포함된 다양한 하드웨어, 예를 들어 프로세서, 코일 또는 패치 안테나 등이 특정 동작을 수행하는 것을 의미할 수 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)가 특정 동작을 수행하는 것은, 프로세서가 다른 하드웨어로 하여금 특정 동작을 수행하도록 제어하는 것을 의미할 수도 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)가 특정 동작을 수행하는 것은, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)의 저장 회로(예: 메모리)에 저장되었던 특정 동작을 수행하기 위한 인스트럭션이 실행됨에 따라, 프로세서 또는 다른 하드웨어가 특정 동작을 수행하도록 야기하는 것을 의미할 수도 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신 장치(100)는 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)과 무선으로 전기적 연결을 형성할 수 있다. 복수 개의 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 웨어러블 장치(예: 와치, 무선 이어폰, AR/VR 디바이스), 휴대용 멀티 미디어 장치(예: 터치 패드, 노트북), PDA, PMP, 카메라, 휴대용 의료 기기, 또는 가전 장치(예: TV) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 밖에도 다양한 형태의 전자 장치가 적용될 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,??,150-n)로 무선으로 전력(161)을 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신 장치(100)와 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n) 사이에 전력의 송수신이 가능한 거리는 1m 이하, 바람직하게는 30cm 이하일 수 있다. 또 한 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는 유도 방식을 통하여 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 유도 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신 장치(100)와 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n) 사이에 전력의 송수신이 가능한 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n) 중 적어도 어느 하나는 무선 전력 송신 장치(100)와 공진 방식에 의하여 전력을 수신 받고, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n) 중 적어도 다른 어느 하나는 무선 전력 송신 장치(100)와 유도 방식에 의하여 전력을 수신 받을 수도 있다.
무선 전력 송신 장치(100)에 포함된 프로세서는, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)로 무선으로 미리 설정된 전력(161)을 전송하도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)에 대하여 미리 설정된 전력은 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)에 포함된 프로세서를 구동(예: wake-up)시키기 위해 설정된 크기의 전력일 수 있다. 미리 설정된 전력(161)은 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 다양한 정보(예컨대,전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 다양한 유형, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 다양한 요구 전력 정보, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 다양한 전력과 관련된 전압 또는 전류 정보, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 다양한 정격(rating)(예컨대, 실효값) 정보, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 orientation 정보(예컨대, 자세 정보))를 고려하여 설정될 수 있다. 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)로 전송되는 전력(161)의 크기는 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)마다 동일할 수 있지만, 서로 상이할 수도 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)과 각각, 동시에 또는 순차적으로, 선택적으로 또는 독립적으로, 통신을 수행할 수도 있다. 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)은 각각 무선 전력 송신 장치(100)와 송신하고자 하는 데이터를 인-밴드 또는 아웃-오브-밴드 중 어느 하나의 방식에 따라 송수신 할 수 있다.
여기에서 데이터는, 복수 개의 전자 장치들 각각의 전력 수신을 제어하기 위한 데이터일 수 있다. 또한, 상기 데이터는 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 다양한 정보를 포함할 수 있다.
도 2a는 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치를 도시한다. 도 2b는 일 실시예에 따른 전력 송신 회로 및 전력 수신 회로의 상세 블록도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2b의 실시예들은, 도 1a 내지 도 1b의 실시예들, 또는 도 3 내지 도 18의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)(예: 도 1a 내지 도 1b의 무선 전력 송신 장치(100))는, 프로세서(102), 근거리 통신 모듈(103), 메모리(105), 전력 어댑터(108), 또는 전력 송신 회로(109) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 전자 장치(150)(예: 도 1a 내지 도 1b의 전자 장치(150))는, 차저(charger)(151), 프로세서(152), 근거리 통신 모듈(153), 배터리(154), 메모리(155), 또는 전력 수신 회로(159) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 송신 회로(109)는 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라 무선으로 전력(161)을 송신할 수 있다. 전력 송신 회로(109) 및 전력 수신 회로(159)의 상세 구성에 대하여서는 이하, 도면 2b를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 프로세서(102)는, 무선 전력 송신 장치(100)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(102)는, 전력(161)의 송신 여부를 결정하거나, 전력(161)의 크기를 제어하거나, 또는 전자 장치(150)의 적어도 하나의 기능(예를 들어, 충전의 개시 또는 충전의 중단)을 제어할 수도 있다. 프로세서(102) 또는 프로세서(152)는, CPU와 같은 범용 프로세서, 마이크로 프로세서, MCU(micro controlling unit), FPGA(field programmable gate array) 등의 연산을 수행할 수 있는 다양한 회로로 구현될 수 있으며, 그 종류에는 제한이 없다. 프로세서(102)는, 근거리 통신 모듈(103)을 통하여 전자 장치(150)와 데이터(162)를 송수신할 수 있다. 데이터는, 무선 전력 송수신의 제어에 이용될 수 있다. 근거리 통신 모듈(103) 및 근거리 통신 모듈(153)은, 예를 들어 아웃-오브-밴드 통신 방식의 근거리 통신 모듈(예: 블루투스 통신 모듈(BT, BLE), 또는 NFC 통신 모듈)로 구현되거나, 또는 인-밴드 통신 방식의 부하 변조 통신 모듈로 구현될 수 있다. 인-밴드 통신 방식인 경우, 부하 변조 통신 모듈은, 예를 들어 전력 수신 회로(159)의 코일에 직접 또는 다른 소자를 통하여 연결된 스위치와, 스위치를 통하여 코일에 직접 또는 다른 소자를 통하여 연결된 더미 로드(예: 더미 저항 또는 더미 커패시터)를 포함할 수 있다. 부하 변조 통신 모듈은, 스위치의 온/오프 과정에서 검출되는 전력 송신 회로(109) 내 코일에 인가되는 전압, 또는 전류의 변경에 기반하여 정보를 확인할 수 있다. 전력 어댑터(108)는, 전력 소스(106)로부터 전력을 수신하여 전력 송신 회로(109)로 제공할 수 있다. 전력 어댑터(108)는, 예를 들어 전력 인터페이스일 수 있으며, 다양한 실시예의 구현에 따라 무선 전력 송신 장치(100)에 포함되지 않을 수도 있다.
일 실시예에 따른 전력 수신 회로(159)는 전력 송신 회로(109)로부터 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 전력 수신 회로(159)는, 수신된 교류 파형의 전력을 직류 파형으로 정류하거나, 전압을 컨버팅(converting)하거나, 전력을 레귤레이팅(regulating)하는 전력 처리를 수행할 수 있다. 차저(151)는, 수신된 레귤레이팅된 전력(예: DC 전력)을 이용하여 배터리(154)를 충전할 수 있다. 차저(151)는, 수신된 전력의 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 조정하여 배터리(154)로 전달할 수 있다. 배터리(154)는, 전력을 저장하고 있다가 다른 하드웨어로 전달할 수 있다. 도시되지는 않았지만, PMIC(power management integrated circuit)(미도시)가 전력 수신 회로(159)로부터 전력을 수신하여 다른 하드웨어로 전달하거나, 또는 배터리(154)로부터 전력을 수신하여 다른 하드웨어로 전달할 수도 있다. 또한 차저(151)은 PMIC에 포함되어 제공될 수 있다.
프로세서(152)는, 전자 장치(150)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 메모리(155)는, 전자 장치(150)의 전반적인 동작의 수행을 위한 인스트럭션이 저장될 수 있다. 메모리(105)에는, 무선 전력 송신 장치(100)의 전반적인 동작의 수행을 위한 인스트럭션이 저장될 수 있으며, 또는 근거리 통신 모듈(103)를 통하여 획득된 정보와 송신하여야 하는 전력의 크기 사이의 관계에 대한 룩업테이블 또는 획득된 정보와 송신하여야 하는 전력의 크기 사이의 관계에 대한 수학식 정보 등이 저장될 수 있다. 메모리(105) 또는 메모리(155)는, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 또는 플래시 메모리 등의 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 구현 형태에는 제한이 없다.
도 2b를 참조하면, 전력 송신 회로(109)는, 전력 증폭기(171), 매칭 회로(172)(또는 매칭 네트워크), 및 송신 공진 회로(173)를 포함할 수 있다. 전력 증폭기(171) 또는 인버터 회로는, 전력 어댑터(108)로부터 수신된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 교류 전력의 주파수는, 표준에 따라 100kHz 내지 205kHz 또는 6.78MHz 등으로 설정될 수 있으나, 제한은 없다. 매칭 회로(172)는, 프로세서(102)의 제어에 따라 송신 공진 회로(173)와 연결되는 회로의 커패시턴스 또는 리액턴스 중 적어도 하나를 변경함으로써, 전력 송신 회로(109) 및 전력 수신 회로(159)가 서로 임피던스 매칭되도록 할 수 있다. 송신 공진 회로(173)는 적어도 하나의 코일과 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 송신 공진 회로(173)에 교류 전력(또는 전류)이 인가되면, 송신 공진 회로(173)로부터 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장이 형성될 수 있으며, 이에 따라 전자 장치(150)의 전력 수신 회로(159)로 전자기장 형태의 전력을 출력 또는 전송할 수 있다. 전력 수신 회로(159)의 수신 공진기(181)에는, 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장에 의하여 유도 기전력이 발생할 수 있으며, 이에 따라 전력 수신 회로(159)는 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 수신 공진기(181)는 도면에 도시되진 않았지만, 적어도 하나의 코일과 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 정류 회로(182)는, 수신된 교류 파형의 전력을 정류할 수 있다. 컨버팅 회로(183)는 정류된 전력의 전압을 조정하여 PMIC 또는 차저로 전달할 수 있다. 전력 수신 회로(159)는 레귤레이터를 더 포함할 수도 있으며, 또는 컨버팅 회로(183)가 레귤레이터로 치환될 수도 있다. 매칭 회로(184)는, 프로세서(152)의 제어에 따라 수신 공진기(181)와 연결되는 회로의 커패시턴스 또는 리액턴스 중 적어도 하나를 변경함으로써, 전력 송신 회로(109) 및 전력 수신 회로(159)가 서로 임피던스 매칭되도록 할 수 있다.
도 2a를 다시 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 적어도 하나의 센서(107)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 센서(107)는 무선 전력 송신 장치(100)의 전압과 전류를 측정하는 센서일 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는 적어도 하나의 센서(107)를 통해 이하 후술하는 전력 증폭기(171)의 출력 임피던스, 및/또는 송신 공진 회로(173)의 입력 임피던스(예: 매칭 회로(172) 로부터 송신 공진 회로(173)로 입력되는 신호의 임피던스)를 측정할 수 있다. 예를 들어, 센서(107)를 이용해 송신 전압(VTX_IN) 및 송신 전류(ITX_IN)를 측정함으로써 전력 소모량을 모니터링 가능하고, 이를 통해 송신 공진 회로(173)의 입력 임피던스의 변화를 검출할 수 있다. 임피던스 변화를 검출하면, 무선 전력을 수신하는 전자 장치(150)의 거치/회수 여부, 이물질 감지 여부, 전력 수신량의 변화 등을 확인할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)에서 복수의 전자 장치(150)를 충전하는 중 어느 하나의 전자 장치가 이동하여 무선 전력 송신 장치(100)와의 거리가 가까워지게 되면, 다른 전자 장치의 수신 전력 및 효율이 감소할 수 있다. 프로세서(102)는 검출된 임피던스의 변화를 고려하여, 기 지정된 알고리즘에 따라 또는 사용자로부터 입력된 명령에 따라 상기 복수의 전자 장치(150)에 대한 무선 전력의 송신 및 효율을 제어할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치(150)는 적어도 하나의 센서(157)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 전자 장치(150)는 적어도 하나의 센서(157)(예컨대, 모션 센서)를 통해 전자 장치(150)의 움직임을 스스로 감지할 수 있다. 상기 움직임을 감지하기 위한 모션 센서는, 그 예로서 자이로 센서, 가속도 센서, 각속도 센서, 중력 센서, 지자기 센서, 적외선 센서 중 적어도 어느 하나의 센서를 포함할 수 있다. 단 센서의 종류는 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 전자 장치(150)는 적어도 하나의 센서(157)를 이용하여 정류회로(182)에서 출력되는 전압(VRECT)을 측정할 수도 있다. 측정된 출력 전압(VRECT)에 기반하여, 전자 장치(150)와 무선 전력 송신 장치(100)와의 위치 관계 변화(공진기와 가까워졌는지, 멀어졌는지)를 확인할 수 있다. 상기 센서(157)를 통해 센싱된 데이터는 프로세서(152)로 제공되고, 프로세서(152)가 수신한 데이터는 근거리 통신 모듈(153)을 통해 무선 전력 송신 장치(100)로 제공될 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치 및 적어도 하나의 전자 장치를 나타내는 사시도이다. 도 4a는 비교예에 따른, 무선 전력 송신 장치가 생성하는 자기장의 분포도이다. 도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치가 생성하는 자기장의 분포도이다.
도 3 내지 도 4b의 실시예는, 도 1a 내지 도 2b의 실시예들, 또는 도 5a 내지 도 18의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)는, 공진기(201) 및 전력 송신 회로(230)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 공진기(201)는, 적어도 하나의 코일(210) 및 적어도 하나의 커패시터(220)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(210)은, 루프형 또는 링형의 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 적어도 하나의 코일(210)은 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(210)은, 적어도 일 부분이 인접된 부분과 절개된 형상, 또는 이격된 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 절개된 부분 또는 이격된 부분에 상기 적어도 하나의 커패시터(220)가 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(210)은, 적어도 하나의 코일(210)의 내부에 형성된 내부 공간(212)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 내부 공간(212)에는, 각종 전자 부품들(예: 도 2a의 프로세서(102), 근거리 통신모듈(103), 또는 메모리(105))가 수용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 내부 공간(212)에는, 전력 송신 회로(230)(예: 도 2a의 전력 송신 회로(109))가 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(210)에 전류가 인가될 때, 표면 효과(skin effect)에 의해 적어도 하나의 코일(210)의 표면(예: 외표면)에만 전류가 흐를 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(210)의 내부(또는 내표면)에는 전류가 흐르지 않으므로, 상기 내부 공간(212)에는 자속이 상쇄될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(200)는, 주변에 위치한 전자 장치(150)에 대한 전력 송신 방식으로써 공진 방식을 채택할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(200)는, 공진기(201)를 이용하여 전자 장치(150)에 대한 전력 출력 또는 전송 기능을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(200)의 전력 송신 회로(230)는, 적어도 하나의 코일(210)을 통해 전자기장 형태의 전력(161)을 전자 장치(150)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(150)는, 전력 수신 회로(159)의 수신 공진기(예: 도 2b의 수신 공진기(181))가, 상기 전자기장 형태의 전력(161)을 수신하여 배터리(예: 도 2a의 배터리(154))를 충전할 수 있다.
도 4a를 참조하면, 비교예에 따른, 무선 전력 송신 장치는, 적어도 하나의 코일(10)의 내부 공간이 아닌 외부에 전력 송신 회로(20)가 배치된 경우의 생성되는 자기장(또는 전자기장)의 분포도가 도시된다. 예를 들어, 전력 송신 회로(20)(또는, 전력 송신 회로를 포함하는 부품)이 적어도 하나의 코일(10)의 외부에 배치될 때, 전력 송신 회로(20)의 금속 재질의 부품으로 인해, 적어도 하나의 코일(10)이 형성하는 자기장이 손실될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 코일(10)에 의해 생성되는 자기장에 의해 전력 송신 회로(20)의 부품들에 노이즈가 발생할 우려가 있어, 전력 송신 회로(20)는 별도의 차폐 구조가 필요할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치(예: 도 3의 무선 전력 송신 장치(200))는, 적어도 하나의 코일(210)(예: 도 3의 적어도 하나의 코일(210)의 내부 공간에 전력 송신 회로(230)가 배치된 경우의 생성되는 자기장의 분포도가 도시된다. 예를 들어, 전력 송신 회로(230)(예: 도 3의 전력 송신 회로(230))(또는, 전력 송신 회로를 포함하는 부품)이 적어도 하나의 코일(210)의 내부에 배치될 때, 적어도 하나의 코일(210)이 형성하는 자기장의 영역에는, 전력 송신 회로(230)가 배치되지 않음으로써 도 4a와 비교하여 자기장의 손실이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 코일(210)에 의해 생성되는 자기장에 의해 전력 송신 회로(230)의 부품들에 노이즈가 발생할 우려가 없으므로, 전력 송신 회로(230)는 별도의 차폐 구조가 필요하지 않을 수 있다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 적어도 하나의 커패시터를 나타낸 사시도이다. 도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 적어도 하나의 커패시터를 나타낸 사시도이다.
도 5a 내지 도 5b의 실시예들은, 도 1a 내지 도 4b의 실시예들, 또는 도 6 내지 도 18의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 5a를 참조하면, 적어도 하나의 커패시터(30)는, 내부에 유전체층과 내부 전극이 번갈아가며 배치되는 적어도 하나의 바디(31a, 31b), 상기 내부 전극과 연결되는 적어도 하나의 외부 전극(32a, 32b), 또는 적어도 하나의 외부 전극(32a, 32b)과 연결되는 적어도 하나의 브라켓(33)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 내부 전극은, Ni 결정립, 상기 Ni 결정립 내부에 분포된 세라믹, 또는 적어도 하나의 코팅층을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 유전체층을 형성하는 원료는, 티탄산바륨(BaTiO3) 분말일 수 있으나, 충분한 정전 용량을 확보 가능한 다양한 원료로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 커패시터(30)는, 제1 바디(31a)와 제2 바디(31b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 바디(31a)와 상기 제2 바디(31b)는, 각각, 상기 내부 전극, 또는 상기 유전체층을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 외부 전극(32a, 32b)은, 제1 바디(31a)에 배치된 한 쌍의 제1 외부 전극(32a), 및 제2 바디(31b)에 배치된 한 쌍의 제2 외부 전극(32b)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 제1 외부 전극(32a)은, 제1 바디(31a)의 내부 전극과 연결될 수 있다. 한 쌍의 제2 외부 전극(32b)은, 제2 바디(31b)의 내부 전극과 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 브라켓(33)은, 상기 제1 외부 전극(32a)과 제2 외부 전극(32b)에 연결될 수 있다. 적어도 하나의 브라켓(33)은, 적어도 하나의 코일(예: 도 3의 적어도 하나의 코일(210))을 통해 인가되는 전원을 상기 제1 외부 전극(32a), 또는 상기 제2 외부 전극(32b)으로 제공하거나, 또는 상기 제1 외부 전극(32a), 또는 상기 제2 외부 전극(32b)을 통해 출력되는 전원을 적어도 하나의 코일(예: 도 3의 적어도 하나의 코일(210))로 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 브라켓(33)은, 적어도 하나의 코일(예: 도 3의 적어도 하나의 코일(210))의 이격된 부분에 용접 결합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도시되지는 않았지만, 적어도 하나의 커패시터(30)는, 외부의 충격으로부터 적어도 하나의 커패시터(30)의 구성들을 보호하는 커버를 더 포함할 수도 있다.
도 3의 적어도 하나의 커패시터(220), 도 6 내지 도 8의 적어도 하나의 커패시터(320), 도 9 내지 도 10a의 적어도 하나의 커패시터(420), 도 12의 적어도 하나의 커패시터(520), 도 13의 적어도 하나의 커패시터(620), 또는 도 15의 적어도 하나의 커패시터(720)는, 도 5a의 적어도 하나의 커패시터(30)와 일부 또는 전부가 동일할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 적어도 하나의 커패시터(40)는, 복수 개의 회로 기판(41)들, 복수 개의 솔더 패드(42)들, 또는 복수 개의 커패시터 전극(43)들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수 개의 회로 기판(41)들은, 각각, 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 포함할 수 있다. 복수 개의 회로 기판(41)들은, 순차적으로 연결될 수 있다. 도시된 실시예에 따르면, 복수 개의 회로 기판(41)들은, 사각형의 단면 형상을 가지도록 연결될 수 있지만, 복수 개의 회로 기판(41)들의 연결 구조는 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 복수 개의 솔더 패드(42)들은, 각각, 복수 개의 회로 기판(41)들에 배치 또는 실장될 수 있다. 복수 개의 회로 기판(41)들에는, 각각, 한 쌍의 솔더 패드(42)가 실장될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 회로 기판(41)들 중 어느 하나의 회로 기판(41a)를 예로 들어 설명하면, 상기 회로 기판(41a)의 양측 가장자리에 각각 솔더 패드(42a)들이 배치 또는 실장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수 개의 솔더 패드(42)들은, 적어도 하나의 코일(예: 도 3의 적어도 하나의 코일(210))의 이격된 부분에 각각 용접 결합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 복수 개의 커패시터 전극(43)들은, 각각, 한 쌍의 솔더 패드(42)들과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 솔더 패드(42)들은, 적어도 하나의 코일(예: 도 3의 적어도 하나의 코일(210))로부터 인가되는 전원을 복수 개의 커패시터 전극(43)들로 제공하거나, 또는 복수 개의 커패시터 전극(43)들로부터 출력되는 전원을 적어도 하나의 코일(예: 도 3의 적어도 하나의 코일(210))로 제공할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 적어도 하나의 커패시터(40)는, 외부의 충격으로부터 적어도 하나의 커패시터(40)의 구성들을 보호하는 커버를 더 포함할 수도 있다.
도 3의 적어도 하나의 커패시터(220), 도 6 내지 도 8의 적어도 하나의 커패시터(320), 도 9 내지 도 10a의 적어도 하나의 커패시터(420), 도 12의 적어도 하나의 커패시터(520), 도 13의 적어도 하나의 커패시터(620), 또는 도 15의 적어도 하나의 커패시터(720)는, 도 5b의 적어도 하나의 커패시터(40)와 일부 또는 전부가 동일할 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 평면도이다. 도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 내부를 설명하기 위한 단면도이다. 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 쿨링팬을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8의 실시예들은, 도 1a 내지 도 5b의 실시예들, 또는 도 9 내지 도 18의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(300)(예: 도 1a 내지 도 2b의 무선 전력 송신 장치(100), 또는 도 3의 무선 전력 송신 장치(200))는, 적어도 하나의 코일(310) 및 적어도 하나의 커패시터(320)를 포함하는 공진기(301)를 포함할 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(300)는, 직류 전원 인가부(340)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 직류 전원 인가부(340)는, 무선 전력 송신 장치(300)의 전력 어댑터(예: 도 2a의 전력 어댑터(108))와 전기적으로 연결되고, 전력 소스(예: 도 2a의 전력 소스(106))로부터 제공된 직류 전원(또는 전력)을 전력 어댑터로 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(310)은, 내부 공간(312)(예: 도 3의 내부 공간(312))을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(310)의 일 부분에는, 제어 회로(370)가 배치되기 위한 마운팅 공간(314)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 마운팅 공간(314)은, 적어도 하나의 코일(310)의 일 부분이 연결되지 않는 부분, 또는 이격된 부분으로 정의될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어 회로(370)는, 적어도 하나의 안테나(380)(예: 도 2a의 근거리 통신 모듈(103)), 프로세서(예: 도 2a의 프로세서(102)), 메모리(예: 도 2a의 메모리(105)), 또는 센서(예: 도 2a의 센서(107))가 배치된(또는 실장된) 회로 기판(예: PCB)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어 회로(370)는, 적어도 하나의 코일(310)에 배치된 교류 전원 출력부(350)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제어 회로(370)는, 전력 송신 회로(330)와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(300)는, 적어도 하나의 필터(360)를 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 필터(360)는, 적어도 하나의 코일(310)의 내부에 배치되고, 적어도 하나의 커패시터(320)와 인접 배치될 수 있다.
일 실시에에 따르면, 적어도 하나의 필터(360)는, 적어도 하나의 커패시터(360)로부터 생성되는 전기장이 적어도 하나의 코일(310) 내부에 유입되는 것을 차단하는 EMI 필터일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시에에 따르면, 무선 전력 송신 장치(300)는, 적어도 하나의 코일(310)의 내부 공간(312)에 배치된 적어도 하나의 쿨링팬(390)을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 쿨링팬(390)은, 상기 내부 공간(312)에 공기의 흐름을 형성할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 쿨링팬(390)은, 적어도 하나의 커패시터(320)에 인접 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 쿨링팬(390)은, 상기 내부 공간(312)에서 커패시터(320)에서 마운팅 공간(314)을 향하는 방향으로 공기의 흐름을 생성할 수 있다. 이에 따라, 내부 공간(312)에 배치된 부품들로부터 발생된 열이 마운팅 공간(314)에 형성된 배출홀(316)을 통해 무선 전력 송신 장치(300)의 외부로 배출될 수 있다.
도 9은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 평면도이다. 도 10a은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 내부를 설명하기 위한 단면도이다. 도 10b은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 내부를 설명하기 위한 단면도이다. 도 11a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 회로도이다. 도 11b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 9 내지 도 11b의 실시예들은, 도 1a 내지 도 8의 실시예들, 또는 도 12 내지 도 18의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 9 내지 도 11b를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(400)는, 적어도 하나의 코일(410) 및 적어도 하나의 커패시터(420)를 포함하는 공진기(401), 전력 송신 회로(430), 직류 전원 인가부(440), 교류 전원 출력부(450), 적어도 하나의 필터(460), 제어 회로(470), 또는 적어도 하나의 안테나(480)를 포함할 수 있다.
도 9 내지 도 11b 참조하면, 적어도 하나의 코일(410)은, 제1 코일(411) 및 제2 코일(415)을 포함할 수 있다. 제1 코일(411)은, 제1 커패시터(421) 및 제2 커패시터(422)를 통해 제2 코일(415)과 연결될 수 있다. 적어도 하나의 커패시터(420)는, 제1 커패시터(421) 및 제1 커패시터(421)와 이격된 제2 커패시터(422)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 커패시터(421)는 적어도 하나의 필터(460)에 인접 배치되고, 제2 커패시터(422)는 제어 회로(470)에 인접 배치될 수 있다. 또한, 제1 커패시터(421)와 제2 커패시터(422)는, 적어도 하나의 코일(410) 상에서 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 실시예에 따르면, 제1 커패시터(421)는 직류 전원 인가부(440)에 인접 배치되고, 제2 커패시터(422)는 교류 전원 출력부(450)에 인접 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어 회로(470)는, 적어도 하나의 안테나(480)(예: 도 2a의 근거리 통신 모듈(103))가 배치(또는 실장)될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 안테나(480)는, 제2 커패시터(422)가 배치된 적어도 하나의 코일(410) 사이의 틈을 통해 안테나 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전력 송신 회로(430)는, 적어도 하나의 코일(410)의 내부에 형성된 내부 공간(412)에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 커패시터(421)와 제2 커패시터(422)는 병렬로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 10b를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(400)는, 스페이서(418)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스페이서(418)는 비금속 재질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 스페이서(418)는, 적어도 하나의 코일(410)의 내부 공간(412)에 배치된 전력 송신 회로(430)를 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 스페이서(418)는, 전력 송신 회로(430)의 일 부분 및 상기 일 부분과 반대 방향을 향하는 다른 부분을 각각 지지함으로써, 전력 송신 회로(430)가 적어도 하나의 코일(410)과 물리적으로 연결되는 것을 제한할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 교류 전원 출력부(450)는, 전력 송신 회로(430)와 적어도 하나의 코일(410)을 전기적으로 연결할 수 있다.
도 11a 내지 도 11b는, 도 9 내지 도 10b의 무선 전력 송신 장치(400)의 회로도이다.
도 11a를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(400)는, 전력 소스(106)(예: 도 2a의 전력 소스(106))로부터 제공된 전력(또는 전원)을 제공받는 전력 송신 회로(430)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(400)는, 무선 전력 송신 장치(400)의 회로의 고조파(예: 하모닉(harmonic))을 제거하기 위한 하모닉 필터(490), 또는 매칭 회로(172)(예: 도 2b의 매칭 회로(172))(또는 매칭 네트워크)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 코일(411)과 제2 코일(415)는 직렬로 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 커패시터(421)와 제2 커패시터(422)는 병렬로 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(410)과 제2 커패시터(422)는, 전력 소스(106)를 기준으로 제1 커패시터(421)에 대해 병렬로 배치될 수 있다.
도 11b를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(400)는, 전력 소스(106)(예: 도 2a의 전력 소스(106))로부터 제공된 전력(또는 전원)을 제공받는 전력 송신 회로(430)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(400)의 전력 송신 회로(예: 도 9 내지 도 10b의 전력 송신 회로(430))는, 제1 전력 송신 회로(431) 및 제1 전력 송신 회로(431)에 대해 병렬로 배치된 제2 전력 송신 회로(432)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(400)는, 무선 전력 송신 장치(400)의 회로의 고조파(예: 하모닉(harmonic))을 제거하기 위한 제1 하모닉 필터(491) 및 제2 하모닉 필터(492), 또는 제1 매칭 회로(172a) 또는 제2 매칭 회로(172b)(예: 도 2b의 매칭 회로(172))(또는 매칭 네트워크)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 커패시터(421)와 제2 커패시터(422)는 병렬로 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(410)과 제2 커패시터(422)는, 전력 소스(106)를 기준으로 제1 커패시터(421)에 대해 병렬로 배치될 수 있다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 사시도이다.
도 12의 실시예는, 도 1a 내지 도 11b의 실시예들, 또는 도 13 내지 도 18의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 12를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(500)는, 제1 공진기(501) 및 제2 공진기(502)를 포함할 수 있다.
도 12의 제1 공진기(501)는, 도 1a 내지 도 11b를 예로 들어 설명한 공진기일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 제2 공진기(502)는, 제1 공진기(501)에 대해 분리 가능하게 결합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제2 공진기(502)는, 분리형 공진기로 정의 및 지칭될 수 있다. 예를 들어, 제2 공진기(502)는, 제1 공진기(501)와 결합된 상태, 또는 제1 공진기(501)로부터 탈거된 상태로 사용할 수 있는 공진기를 의미할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 공진기(502)는, 베이스 하우징(540) 및 베이스 하우징(540)에 배치된 적어도 하나의 코일(550)을 포함할 수 있다. 제2 공진기(502)는, 적어도 하나의 커패시터를 선택적으로 포함할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 공진기(502)는, 무선 전력 송신 장치(500) 주위에 위치한 적어도 하나의 전자 장치와 전자기적으로 커플링되어 무선 전력을 송신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 공진기(502)의 적어도 하나의 코일(550)은, 제1 공진기(501)의 적어도 하나의 코일(510)과 전자기적으로 커플링될 수 있다. 예를 들어, 제2 공진기(502)는, 제1 공진기(501)로부터 제공된 무선 전력을 전자 장치로 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 공진기(502)는 제1 공진기(501)에 대해 분리 가능하게 구성됨으로써, 무선 전력 송신 장치(500)의 무선 충전 범위(또는 영역)을 확장할 수 있다. 예를 들어, 제2 공진기(502)는, 제1 공진기(501)로부터 분리되어 전자 장치에 대한 무선 전력 송신의 중계를 위한 중계기로 사용될 수 있다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 분해 사시도이다. 도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 13 내지 도 14의 실시예들은, 도 1a 내지 도 12의 실시예들, 또는 도 15 내지 도 18의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 13 내지 도 14를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(600)는, 적어도 하나의 코일(610) 및 적어도 하나의 커패시터(620)를 포함하는 공진기(601)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(610)은, 상부 코일(611a, 615a) 및 하부 코일(611b, 615b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 코일(611a, 615a)과 하부 코일(611b, 615b)은, 서로 결합되도록 구성될 수 있다. 상부 코일(611a, 615a)과 하부 코일(611b, 615b)이 결합될 때, 상부 코일(611a, 615a)과 하부 코일(611b, 615b) 사이에는, 전력 송신 회로(630) 또는 전기 부품들이 배치되기 위한 내부 공간이 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상부 코일(611a, 615a)은, 상부 제1 코일(611a), 및 상부 제2 코일(615a)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하부 코일(611b, 615b)은, 하부 제2 코일(611b), 및 하부 제2 코일(615b)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 커패시터(620)는, 상부 코일(611a, 615a)에 배치된 제1 커패시터(621a, 622a), 및 하부 코일(611b, 615b)에 배치된 제2 커패시터(621b, 622b)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 커패시터(621a, 622a)는, 제1-1 커패시터(621a), 및 제1-1 커패시터(621a)와 이격된 제1-2 커패시터(622a)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 커패시터(621b, 622b)는, 제2-1 커패시터(621b), 및 제2-1 커패시터(621b)와 이격된 제2-2 커패시터(622b)를 포함할 수 있다.
도 14는 도 13의 무선 전력 송신 장치(600)의 회로도이다.
도 14를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(600)는, 전력 소스(106)(예: 도 2a의 전력 소스(106))로부터 제공된 전력(또는 전원)을 제공받는 전력 송신 회로(630)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(600)는, 무선 전력 송신 장치(600)의 회로의 고조파(예: 하모닉(harmonic))을 제거하기 위한 하모닉 필터(690), 또는 매칭 회로(172)(예: 도 2b의 매칭 회로(172))(또는 매칭 네트워크)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 커패시터(621a, 622a)와 상부 코일(611a, 615a)은, 직렬로 배치될 수 있다. 제2 커패시터(621b, 622b)와 하부 코일(611b, 615b)은, 직렬로 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 커패시터(621a, 622a) 및 상부 코일(611a, 615a)은, 전력 소스(106)를 기준으로 제2 커패시터(621b, 622b) 및 하부 코일(611b, 615b)에 대해 병렬로 배치될 수 있다.
도 13 내지 도 14를 참조하면, 제1 커패시터(621a, 622a) 및 상부 코일(611a, 615a)은 상단 공진기로 정의되고, 제2 커패시터(621b, 622b) 및 하부 코일(611b, 615b)은 하단 공진기로 정의될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 커패시터(621a, 622a) 및 상부 코일(611a, 615a)을 포함하는 상단 공진기를 통해 출력되는 무선 주파수 대역은, 후술하는 바와 같이 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 상기 상단 공진기와 상기 하단 공진기가 분리된 상태에서, 상기 상단 공진기의 상부 코일(611a, 615a)의 인덕턴스 값은, 하기의 [수학식 1]과 같이 정의될 수 있다.
여기서, Ltx'는 상기 상단 공진기가 상기 하단 공진기와 분리된 상태에서 상부 코일(611a, 615a)의 인덕턴스 값일 수 있다. 또한, 상기 수학식 1과 상기 수학식 2의 Ltx는 상기 상단 공진기와 상기 하단 공진기가 분리되지 않은 상태(예: 도 9와 같은 상태)에서 적어도 하나의 코일(예: 도 9의 제1 코일(411)과 제2 코일(415)을 포함하는 적어도 하나의 코일(410))의 인덕턴스 값일 수 있다. 또한, K는 상기 상단 공진기와 상기 하단 공진기의 마그네틱 커플링 계수(magnetic coupling coefficient)일 수 있다. 마그네틱 커플링 계수(K)는, 상기 상단 공진기와 상기 하단 공진기가 분리되지 않은 상태(예: 도 9와 같은 상태)에서 1의 값을 가질 수 있고, 상기 상단 공진기와 상기 하단 공진기가 분리된 상태(예: 도 13)에서 1보다 작은 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 상단 공진기와 상기 하단 공진기가 분리된 거리(또는 간격)가 커짐에 따라 상기 K값이 작아질 수 있다.
또한, 상기 상단 공진기와 상기 하단 공진기가 분리된 상태에서, 상기 상단 공진기의 제1 커패시터(621a, 622a)의 커패시턴스 값은, 하기의 [수학식 3]과 같이 정의될 수 있다.
여기서, Cparallel'는 상기 상단 공진기가 상기 하단 공진기와 분리된 상태(예: 도 13)에서 제1 커패시터(621a, 622a)의 커패시턴스 값일 수 있다. 또한, Cparallel는 상기 상단 공진기와 상기 하단 공진기가 분리되지 않은 상태(예: 도 9와 같은 상태)에서 제1 커패시터(예: 도 9의 적어도 하나의 커패시터(420))의 커패시턴스 값일 수 있다.
상기 상단 공진기와 상기 하단 공진기가 분리되지 않은 상태(예: 도 9와 같은 상태)에서공진기의 공진주파수는, 하기의 [수학식 4]와 같이 정의될 수 있다.
전술한 수학식 1 내지 수학식 3을 통해 도출된 인덕턴스 값과 커패시턴스 값을 통해, 상기 공진기의 공진주파수를 도출할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(600)는, 상기 상단 공진기와 상기 하단 공진기가 분리된 거리(또는 간격)을 조절하여 마그네틱 커플링 계수(K)를 조절함으로써, 상기 결합된 공진기의 공진주파수(w)를 튜닝할 수 있다. 예를 들어, 상기 상단 공진기가 상기 하단 공진기에 대해 일정 거리가 이격되도록 배치됨으로써, 상기 결합된 공진기로부터 출력되는 무선 전력(예: 전자 장치를 무선 충전하기 위한 전력)의 주파수 대역은, 6.78MHz로 튜닝될 수 있다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 사시도이다. 도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 분해도이다. 도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른, 도 16의 A 부분의 확대도이다. 도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 15 내지 도 18의 실시예들은, 도 1a 내지 도 14의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 15 내지 도 18을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(700)는, 적어도 하나의 코일(710) 및 적어도 하나의 커패시터(720)를 포함하는 공진기(701)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(710)은, 제1 코일(711) 및 제2 코일(713)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 코일(711)은, 링형 또는 루프형 형상으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 실시예에 따르면, 제1 코일(711)은, 내부 공간(712)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 코일(713)은, 제1 코일(711)이 형성하는 폐루프 형상의 내부에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 코일(713)은, 일단이 교류 전원 출력부(750)에 연결되고, 타단이 제1 코일(711)의 적어도 일 부분에 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 교류 전원 출력부(750)는, 전력 송신 회로(730)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 18은, 도 15 내지 도 17의 무선 전력 송신 장치(700)의 회로도이다.
도 18을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(700)는, 전력 소스(106)(예: 도 2a의 전력 소스(106))로부터 제공된 전력(또는 전원)을 제공받는 전력 송신 회로(730)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(700)는, 무선 전력 송신 장치(700)의 회로의 고조파(예: 하모닉(harmonic))을 제거하기 위한 하모닉 필터(790), 또는 매칭 회로(172)(예: 도 2b의 매칭 회로(172))(또는 매칭 네트워크)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 코일(713)과 제1 코일(711)은, 상호 유도(mutual induction)되도록 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 코일(711)의 폐루프 형상 내부에 배치된 제2 코일(713)의 길이를 조절함으로써, 상호 인덕턴스(M)(mutual inductance)를 조절할 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
공간 무선 충전을 위한 무선 전력 송신 장치는, 전력을 송신하기 위한 코일과 전력 송신 회로를 포함할 수 있다. 코일은, 무선 전력 송신 장치 주위에 위치한 전자 장치를 충전하기 위한 무선 충전 전력을 송신하기 위해, 자기장을 생성하도록 구성될 수 있다.
전력 송신 회로가 코일로부터 멀리 배치되면, 코일의 출력에 대한 손실이 발생하므로, 전력 송신 회로는 코일에 인접 배치될 필요가 있다.
그러나, 전력 송신 회로가 코일에 인접 배치되면, 전력 송신 회로에 포함된 금속 재질의 부품이 코일의 출력에 대한 손실을 형성할 우려가 있다. 또한, 전력 송신 회로의 부품들(예: 통신 부품, 또는 센서)은, 코일의 자기장에 의해 노이즈가 발생할 수 있다.
다만, 본 개시에서 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것은 아니며, 본 개시의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확정될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 공진기 구조를 포함하는 무선 전력 송신 장치는, 코일로부터 생성된 자기장에 손실이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(200;)는, 적어도 하나의 코일(210;) 및 적어도 하나의 커패시터(220;)를 포함하는 공진기(201;); 상기 적어도 하나의 코일의 내부에 형성된 내부 공간(212;); 및 상기 내부 공간에 배치된 전력 송신 회로(230;)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전력 송신 회로로 직류 전원을 인가하기 위한 직류 전원 인가부(340;); 및 상기 전력 송신 회로로부터 출력되는 교류 전원을 상기 적어도 하나의 코일에 인가하기 위한 교류 전원 출력부(350;)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 직류 전원 인가부는, 상기 적어도 하나의 커패시터에 인접 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 교류 전원 인가부에 인접 배치된 제어 회로(370;)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어 회로에 배치된 적어도 하나의 안테나(380;)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 커패시터(420;)는, 제1 커패시터 및 상기 제1 커패시터(421;)와 이격된 제2 커패시터(422;)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 커패시터(421;)는, 상기 직류 전원 인가부(440;)에 인접 배치되고, 상기 제2 커패시터(422;)는, 상기 교류 전원 출력부(450;)에 인접 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 내부 공간에 배치되고, 상기 전력 송신 회로와 상기 적어도 하나의 코일을 이격시키도록 구성된 스페이서(418;)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 공진기(501;)에 분리 가능하게 결합되는 분리형 공진기(502;)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 코일(610; 710;)은, 제1 코일(611a, 615a; 711;) 및 적어도 일 부분이 상기 제1 코일과 결합된 제2 코일(611b, 615b; 712;)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 내부 공간은, 상기 제1 코일(611;)과 상기 제2 코일(612;)이 결합된 상태에서 상기 제1 코일과 상기 제2 코일 사이에 형성된 공간일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 커패시터는, 상기 제1 코일에 배치된 제1 커패시터(621;) 및 상기 제2 코일에 배치된 제2 커패시터(622;)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터는, 병렬로 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 코일(711;)은, 폐루프 형상을 포함하고, 상기 제2 코일(712;)은, 상기 제1 코일의 상기 폐루프 형상 내부에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 코일은, 상기 제1 코일에 유도 기전력을 야기하도록 상기 제1 코일과 상호 유도되도록 형성될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(200;)는, 적어도 하나의 코일(210;) 및 적어도 하나의 커패시터(220;)를 포함하는 공진기(201;); 상기 적어도 하나의 코일의 내부에 형성된 내부 공간(212;); 및 상기 내부 공간에 배치된 전력 송신 회로(230;)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 코일은, 적어도 일 부분이 폐루프 형상을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 내부 공간(412;)에 배치된 하모닉 필터(490;); 및 상기 내부 공간에 배치된 매칭 회로(172;)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전력 송신 회로(430;)는, 제1 전력 송신 회로(431;) 및 상기 제1 전력 송신 회로와 병렬 배치된 제2 전력 송신 회로(432;)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전력 송신 회로로 직류 전원을 인가하기 위한 직류 전원 인가부(340;); 및 상기 전력 송신 회로로부터 출력되는 교류 전원을 상기 적어도 하나의 코일에 인가하기 위한 교류 전원 출력부(350;)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 내부 공간에 배치된 쿨링팬(390;)을 더 포함할 수 있다.
이상, 본 문서의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 문서의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
100: 무선 전력 송신 장치
150: 전자 장치
201, 301: 공진기
210, 310: 적어도 하나의 코일
220, 320: 적어도 하나의 커패시터
230, 330: 전력 송신 회로
340: 직류 전원 인가부
350: 교류 전원 출력부
360: 필터
370: 제어 회로
380: 적어도 하나의 안테나

Claims (20)

  1. 무선 전력 송신 장치(200;)에 있어서,
    적어도 하나의 코일(210;) 및 적어도 하나의 커패시터(220;)를 포함하는 공진기(201;);
    상기 적어도 하나의 코일의 내부에 형성된 내부 공간(212;); 및
    상기 내부 공간에 배치된 전력 송신 회로(230;)를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 송신 회로로 직류 전원을 인가하기 위한 직류 전원 인가부(340;); 및
    상기 전력 송신 회로로부터 출력되는 교류 전원을 상기 적어도 하나의 코일에 인가하기 위한 교류 전원 출력부(350;)를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  3. 제1 항 내지 제2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직류 전원 인가부는,
    상기 적어도 하나의 커패시터에 인접 배치된 무선 전력 송신 장치.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교류 전원 인가부에 인접 배치된 제어 회로(370;)를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로에 배치된 적어도 하나의 안테나(380;)를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 커패시터(420;)는,
    제1 커패시터 및 상기 제1 커패시터(421;)와 이격된 제2 커패시터(422;)를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 커패시터(421;)는,
    상기 직류 전원 인가부(440;)에 인접 배치되고,
    상기 제2 커패시터(422;)는,
    상기 교류 전원 출력부(450;)에 인접 배치된 무선 전력 송신 장치.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 공간에 배치되고, 상기 전력 송신 회로와 상기 적어도 하나의 코일을 이격시키도록 구성된 스페이서(418;)를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공진기(501;)에 분리 가능하게 결합되는 분리형 공진기(502;)를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코일(610; 710;)은,
    제1 코일(611a, 615a; 711;) 및 적어도 일 부분이 상기 제1 코일과 결합된 제2 코일(611b, 615b; 713;)을 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 공간은,
    상기 제1 코일(611a, 615a;)과 상기 제2 코일(611b, 615b;)이 결합된 상태에서 상기 제1 코일과 상기 제2 코일 사이에 형성된 공간인 무선 전력 송신 장치.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 커패시터는,
    상기 제1 코일에 배치된 제1 커패시터(621;) 및 상기 제2 코일에 배치된 제2 커패시터(622;)를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터는,
    병렬로 배치된 무선 전력 송신 장치.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 코일(711;)은,
    폐루프 형상을 포함하고,
    상기 제2 코일(712;)은,
    상기 제1 코일의 상기 폐루프 형상 내부에 배치된 무선 전력 송신 장치.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 코일은,
    상기 제1 코일에 유도 기전력을 야기하도록 상기 제1 코일과 상호 유도되도록 형성된 무선 전력 송신 장치.
  16. 무선 전력 송신 장치(200;)에 있어서,
    적어도 하나의 코일(210;) 및 적어도 하나의 커패시터(220;)를 포함하는 공진기(201;);
    상기 적어도 하나의 코일의 내부에 형성된 내부 공간(212;); 및
    상기 내부 공간에 배치된 전력 송신 회로(230;)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 코일은,
    적어도 일 부분이 폐루프 형상을 형성하는 무선 전력 송신 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 내부 공간(412;)에 배치된 하모닉 필터(490;); 및
    상기 내부 공간에 배치된 매칭 회로(172;)를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  18. 제16 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 송신 회로(430;)는,
    제1 전력 송신 회로(431;) 및 상기 제1 전력 송신 회로와 병렬 배치된 제2 전력 송신 회로(432;)를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  19. 제16 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 송신 회로로 직류 전원을 인가하기 위한 직류 전원 인가부(340;); 및
    상기 전력 송신 회로로부터 출력되는 교류 전원을 상기 적어도 하나의 코일에 인가하기 위한 교류 전원 출력부(350;)를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  20. 제16 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 공간에 배치된 쿨링팬(390;)을 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
KR1020220136546A 2022-10-21 2022-10-21 공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 KR20240056208A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220136546A KR20240056208A (ko) 2022-10-21 2022-10-21 공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치
PCT/KR2023/015541 WO2024085520A1 (ko) 2022-10-21 2023-10-10 공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220136546A KR20240056208A (ko) 2022-10-21 2022-10-21 공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240056208A true KR20240056208A (ko) 2024-04-30

Family

ID=90738119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220136546A KR20240056208A (ko) 2022-10-21 2022-10-21 공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20240056208A (ko)
WO (1) WO2024085520A1 (ko)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101997483B1 (ko) * 2017-09-20 2019-07-08 한국철도기술연구원 철도차량을 이용한 무선전력전송 장치
KR102521724B1 (ko) * 2017-09-29 2023-04-17 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니 무선 전력 수신 장치와 이를 포함하는 무선 전력 시스템 및 포터블 디바이스
KR20220015251A (ko) * 2020-07-30 2022-02-08 삼성전자주식회사 무선 전력 송신 장치
KR102458631B1 (ko) * 2020-12-14 2022-10-25 한국과학기술원 인덕티브 및 캐패시티브 무선 전력 전송 시스템
KR20220126832A (ko) * 2021-03-09 2022-09-19 주식회사 알머스 무선 충전 장치

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024085520A1 (ko) 2024-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2891254B1 (en) Systems and methods for decoupling multiple wireless charging transmitters
KR101586524B1 (ko) 충전 배터리에 대한 무선 전력 디바이스의 최적화
JP6030305B2 (ja) 可搬エンクロージャ用の無線電力伝達
KR102123140B1 (ko) 무선 전력 수신기 코일 구성을 위한 시스템들, 장치, 및 방법들
EP2973939B1 (en) Systems and methods for extending the power capability of a wireless charger
US9502174B2 (en) Wireless power transmission apparatus and wireless power reception apparatus
EP3189579B1 (en) Systems and methods for adjusting magnetic field distribution using ferromagnetic material
US9148201B2 (en) Systems and methods for calibration of a wireless power transmitter
KR101290381B1 (ko) 무선 전력을 위한 수신 안테나 장치
EP2599233B1 (en) Low power detection of wireless power devices
US20140080409A1 (en) Static tuning of wireless transmitters
US20130015813A1 (en) Wireless power receiver
WO2011113029A2 (en) Detection and protection of devices within a wireless power system
US10312716B2 (en) EMI filtering and wireless power transfer in an electronic device using a tuned metallic body
KR20240056208A (ko) 공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치
KR20220015251A (ko) 무선 전력 송신 장치
KR20240069396A (ko) 공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치
KR20140036953A (ko) 무선 전력 수신 장치 및 방법, 무선 전력 전송 장치 및 방법, 무선 전력 전송 시스템
US20230155416A1 (en) Variable wireless power transmitter including plural resonators and method of controlling the wireless power transmitter
KR20240013596A (ko) 자성체 변위 제어 모듈 및 그를 포함하는 전자 장치
KR20230070985A (ko) 복수의 공진기들을 포함하는 가변형 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 장치의 제어 방법