WO2016093550A1 - 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 충전 시스템 - Google Patents

무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 충전 시스템 Download PDF

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WO2016093550A1
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배수호
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엘지이노텍 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless power charging system, and more particularly to a wireless power transmission apparatus of the wireless power charging system.
  • various electronic devices have a battery and are driven by using the electric power charged in the battery.
  • the battery may be replaced and may be charged again.
  • the electronic device has a contact terminal for contacting an external charging device.
  • the electronic device is electrically connected to the charging device through the contact terminal.
  • the contact terminals are exposed to the outside in the electronic device, they may be contaminated by foreign matter or shorted by moisture. In this case, a poor contact occurs between the contact terminal and the charging device, so that the battery is not charged in the electronic device.
  • the wireless power charging system includes a wireless power transmitter and a wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter transmits power wirelessly, and the wireless power receiver wirelessly receives power.
  • the electronic device may include a wireless power receiver, and may be electrically connected to the wireless power receiver.
  • the wireless power receiver should be arranged in a predetermined charging region of the wireless power transmitter.
  • the wireless power charging system is implemented in a resonant manner, it is important that the wireless power transmitter is designed to have a uniform coupling coefficient regardless of the position of the wireless power receiver. Otherwise, since the variable range of the amount of transmission power that the wireless power transmitter must adjust according to the position of the wireless power receiver must increase, the cost of implementing the wireless power charging system increases and the efficiency of the wireless power charging system decreases. Can be.
  • the present invention provides a wireless power transmission apparatus having more improved power transmission efficiency.
  • the present invention provides a wireless power transmission apparatus having a more expandable chargeable area by having a uniform coupling coefficient according to the position.
  • the wireless power transmission apparatus for solving the above problems is a mounting member, a first terminal and a second terminal mounted on the mounting member, and a transmission coil connected to the first terminal and the second terminal.
  • the transmission coil includes an outer transmission coil and an inner transmission coil extending from the outer transmission coil and having a smaller radius than the outer transmission coil, wherein a distance between the outer transmission coil and the inner transmission coil is 20 mm or more and 30 mm. It is as follows.
  • the wireless power charging system for solving the above problems includes a wireless power transmitter including an outer transmitting coil and an inner transmitting coil, and a wireless power receiving apparatus including a receiving coil.
  • the interval of the inner transmitting coil is half the width of the receiving coil.
  • the shape of the magnetic field formed in the transmission coils may be symmetric up, down, left, and right.
  • the coupling coefficient of the wireless power transmitter and the wireless power receiver may be uniform according to the position of the wireless power transmitter.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a typical wireless power charging system.
  • 2A, 2B, 2C, 2D, and 2E are circuit diagrams showing equivalent circuits of the wireless transmitter and the wireless receiver in FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a general wireless power transmission apparatus.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating a general wireless transmitter.
  • 5 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a general wireless transmitter.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a coupling coefficient in a general wireless transmitter.
  • FIG. 7 is a graph illustrating a coupling coefficient in a wireless transmitter according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is an exploded perspective view of the wireless transmitter according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph for explaining the wireless transmitter and the conventional technology according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a graph for explaining a coupling coefficient in a wireless transmitter according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a typical wireless power charging system.
  • 2A, 2B, 2C, 2D, and 2E are circuit diagrams illustrating equivalent circuits of the wireless transmitter and the wireless receiver in FIG. 1.
  • a general wireless power charging system 10 includes a wireless power transmitter 20 and a wireless power receiver 30.
  • the wireless power transmitter 20 is connected to the power source 11 and receives power from the power source 11.
  • the wireless power transmitter 20 transmits power wirelessly.
  • the wireless power transmitter 20 may transmit AC power.
  • the wireless power transmitter 20 transmits power according to various charging schemes.
  • the charging methods include an electromagnetic induction method, a resonance method, and an RF / Micro Wave Radiation method.
  • at least one of charging methods is preset in the wireless power transmitter 20.
  • the wireless power transmitter 20 may transmit power by a preset charging method.
  • the wireless power transmitter 20 includes a wireless transmitter 21.
  • the wireless power receiver 30 receives power wirelessly.
  • the wireless power receiver 30 may receive AC power.
  • the wireless power receiver 30 may convert AC power into DC power.
  • the wireless power receiver 30 receives power according to various charging schemes.
  • the charging methods include an electromagnetic induction method, a resonance method, and a propagation method. That is, at least one of charging methods is preset in the wireless power receiver 30.
  • the wireless power receiver 30 may receive power in a preset charging scheme.
  • the wireless power receiver 30 may be driven using power.
  • the wireless power receiver 30 includes a wireless receiver 31.
  • the charging method of the wireless power transmitter 20 and the charging method of the wireless power receiver 30 must match.
  • the wireless transmitter 21 and the wireless receiver 31 are as shown in FIG. 2A.
  • the wireless transmitter 21 may include a transmission induction coil 23.
  • the transmission induction coil 23 may be represented by a transmission inductor L1.
  • the wireless receiver 31 may include a reception induction coil 33.
  • the reception induction coil 33 may be represented by a reception inductor L2.
  • the transmission induction coil 23 may transmit power to the reception induction coil 33 in an electromagnetic induction manner.
  • the wireless transmitter 21 and the wireless receiver 31 are illustrated in FIGS. 2B, 2C, 2D and 2. As shown in FIG. 2E.
  • the wireless transmitter 21 may include a transmission induction coil 25 and a transmission resonance coil 26 as illustrated in FIGS. 2B and 2D.
  • the transmission induction coil 25 and the transmission resonance coil 26 may be disposed to face each other.
  • the transmission induction coil 25 may be represented by a first transmission inductor L11.
  • the transmission resonance coil 26 may be represented by a second transmission inductor L12 and a transmission capacitor C1.
  • the second transmission inductor L12 and the transmission capacitor C1 may be connected in parallel to each other to form a closed loop.
  • the wireless transmitter 21 may include a transmission resonance coil 27 as illustrated in FIGS. 2C and 2E.
  • the transmission resonance coil 27 may be represented by a transmission inductor L1 and a transmission capacitor C1.
  • the transmission inductor L1 and the transmission capacitor C1 may be connected in series.
  • the wireless receiver 31 may include a reception resonance coil 35 and a reception induction coil 36 as illustrated in FIGS. 2B and 2E.
  • the reception resonance coil 35 and the reception induction coil 36 may be disposed to face each other.
  • the reception resonance coil 35 may be represented by a reception capacitor C2 and a first reception inductor L21.
  • the receiving capacitor C2 and the first receiving inductor L21 may be connected in parallel to each other to form a closed loop.
  • the reception induction coil 36 may be referred to as a second reception inductor L22.
  • the wireless receiver 31 may include a reception resonance coil 37 as illustrated in FIGS. 2C and 2D.
  • the reception resonance coil 37 may be represented by a reception inductor L2 and a reception capacitor C2.
  • the receiving inductor L2 and the receiving capacitor C2 may be connected in series.
  • the transmission resonance coil 26 may transmit power to the reception resonance coil 35 in a resonance manner.
  • the transmission induction coil 25 may transmit power to the transmission resonance coil 26 in an electromagnetic induction manner, and the transmission resonance coil 26 may transmit power to the reception resonance coil 35 in a resonance manner.
  • the transmission resonance coil 26 may directly transmit power to the reception resonance coil 35 in a resonance manner.
  • the reception resonance coil 35 may receive power from the transmission resonance coil 26 in a resonance manner, and the reception induction coil 36 may receive power from the reception resonance coil 35 in an electromagnetic induction manner.
  • the reception resonance coil 35 may receive power from the transmission resonance coil 26 in a resonance manner.
  • the quality index indicates an index of energy that may be accumulated in the peripheral area of the wireless power transmitter 20 or the wireless power receiver 30.
  • the quality index is the operating frequency (w), shape, and size of the transmitting coils 23, 25, 26, 27 in the wireless transmitter 21, or the receiving coils 33, 35, 36, 37 in the wireless receiver 31. , Material and the like.
  • Coupling coefficient indicates the degree of magnetic coupling between the wireless power transmitter 20 and the wireless power receiver 30.
  • the coupling coefficient may be determined according to a relative position or distance between the transmitting coils 23, 25, 26, 27 of the wireless transmitter 21 and the receiving coils 33, 35, 36, 37 of the wireless receiver 31. have.
  • the coupling coefficient has a value from 0 to 1.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a general wireless power transmission apparatus.
  • a general wireless power transmitter 40 includes a wireless transmitter 41, an interface 43, an oscillator 45, a power converter 47, a detector 49, and a controller 51. do.
  • the wireless transmitter 41 wirelessly transmits power from the wireless power transmitter 40. At this time, the wireless transmitter 41 transmits power according to a plurality of charging schemes.
  • the charging methods include an electromagnetic induction method, a resonance method and a radio wave radiation method.
  • the wireless transmitter 41 may include at least one transmission coil.
  • the transmission coil may include at least one of a transmission induction coil and a transmission resonant coil according to a charging scheme.
  • the interface unit 43 provides an interface with the power source 11 in the wireless power transmitter 40.
  • the interface unit 43 is connected to the power source 11.
  • the interface unit 43 may be connected to the power source 11 by wire.
  • the interface unit 43 receives power from the power source 11.
  • the interface unit 43 receives DC power from the power source 11.
  • Oscillator 45 generates an alternating signal. At this time, the oscillator 45 generates an AC signal corresponding to the charging method of the wireless transmitter 41. Here, the oscillator 45 generates an AC signal so as to have a predetermined frequency.
  • the power converter 47 converts power and provides the power to the wireless transmitter 41. At this time, the power converter 47 receives the DC power from the interface unit 43 and receives the AC signal from the oscillator 45. The power converter 47 generates AC power using DC power and AC signal. The power converter 47 may amplify and use an AC signal. In addition, the power converter 47 outputs AC power to the wireless transmitter 41.
  • the power converter 47 may have a push-pull type structure.
  • a push pull type structure represents a structure in which switches, transistors, or arbitrary circuit blocks present in pairs operate alternately to output a response alternately.
  • the detector 49 detects a power transmission state of the wireless power transmitter 40. At this time, the detector 49 can detect the strength of the current between the power converter 47 and the wireless transmitter 41. Here, the detector 49 may detect the strength of the current at the output terminal of the power converter 47 or the input terminal of the wireless transmitter 41.
  • the detector 49 may include a current sensor. Here, as a current sensor, a current transformer (CT) may be used.
  • CT current transformer
  • the controller 51 controls the overall operation of the wireless power transmitter 40. At this time, the control unit 51 operates the wireless transmission unit 41 to transmit power wirelessly.
  • the controller 51 controls the power converter 47 to provide power to the wireless transmitter 41.
  • the controller 51 operates the wireless transmitter 41 to determine whether or not the wireless power receiver 30 (FIG. 1) is present.
  • the controller 51 controls the detector 49 to determine whether the wireless power receiver 30 exists. That is, the controller 51 determines whether the wireless power receiver 30 exists according to the power transmission state of the wireless power transmitter 40. If the wireless power receiver 30 exists, the controller 51 operates the wireless transmitter 41 to wirelessly transmit power.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating a general wireless transmitter.
  • 5 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a general wireless transmission unit.
  • 6 is a graph for describing a coupling coefficient in a general wireless transmitter.
  • the general wireless transmitter 60 includes a mounting member 61, a first terminal 63, a second terminal 65, a transmission coil 67, and a shielding member 69. At this time, the wireless transmitter 60 transmits power in a resonant manner.
  • the mounting member 61 supports the first terminal 63, the second terminal 65, and the transmission coil 67. At this time, the mounting member 61 may be made of a single layer structure, it may be made of a multi-layer structure.
  • the mounting member 61 includes a printed circuit board (PCB), a flexible PCB (FPCB), and a film.
  • the first terminal 63 and the second terminal 65 alternately input current to the transmitting coil 67.
  • the first terminal 63 and the second terminal 65 alternately output current from the transmitting coil 67.
  • the first terminal 63 inputs a current to the transmitting coil 67
  • the second terminal 65 outputs a current from the transmitting coil 67.
  • the first terminal 63 and the second terminal 65 may be connected to the power conversion unit (47 of FIG. 3).
  • the first terminal 63 and the second terminal 65 are mounted to the mounting member 61. At this time, the first terminal 63 and the second terminal 65 are disposed on one surface of the mounting member 61. That is, the first terminal 63 and the second terminal 65 are disposed on the upper surface or the lower surface of the mounting member 61.
  • the first terminal 63 and the second terminal 65 may be made of a conductive material.
  • the transmitting coil 67 transmits power in accordance with a preset charging scheme.
  • the charging method includes an electromagnetic induction method, a resonance method and a radio wave radiation method.
  • the transmission coil 67 operates in a predetermined resonance frequency band to transmit power.
  • an electromagnetic field may be formed in the peripheral region of the transmission coil 67.
  • This transmission coil 67 is mounted on the mounting member 61. At this time, the transmitting coil 67 is disposed on one surface of the mounting member 61. In other words, the transmitting coil 67 is disposed on the upper or lower surface of the mounting member 61.
  • the transmitting coil 67 is formed in one-turn.
  • the transmitting coil 67 may be formed in the form of a circle or a square.
  • the transmitting coil 67 is connected to the first terminal 63 and the second terminal 65 at both ends.
  • the transmitting coil 67 may be represented by one capacitor as shown in FIG. 5.
  • the transmitting coil 67 may be made of a conductive material.
  • the transmitting coil 67 may include a conductive material and an insulating material, and the conductive material may be coated by the insulating material.
  • the shield member 69 isolates the transmitting coil 67.
  • the shielding member 69 isolates the transmitting coil 67 from other components of the wireless power transmission apparatus 40 (FIG. 3).
  • the shielding member 69 has predetermined material properties.
  • the material properties include permeability.
  • the permeability of the shielding member 69 can be maintained in the resonant frequency band of the transmitting coil 67.
  • the loss ratio of the shielding member 69 can be suppressed in the resonant frequency band of the transmitting coil 67.
  • the coupling coefficients of the radio transmitter 60 and the radio receiver are not uniform according to position as shown in FIG.
  • the closer the wire is to the transmission coil 67 the higher the coupling coefficient between the wireless transmitter 60 and the wireless receiver 31 is.
  • wireless transmitter 60 and the radio receiver 31 is low in the position corresponding to the center of the transmitter coil 67.
  • FIG. As a result, the chargeable area in the wireless transmitter 60 is narrow.
  • FIG. 7 is a graph illustrating a coupling coefficient in a wireless transmitter according to a first embodiment of the present invention.
  • the transmitting coil 140 includes an outer transmitting coil 141 and an inner transmitting coil 143.
  • the inner transmitting coil 143 may extend the outer transmitting coil 141, and the center radius W2 of the inner transmitting coil 141 may be smaller than the center radius W1 of the outer transmitting coil 141.
  • the interval W3 between the outer transmission coil 143 and the inner transmission coil 141 of the transmission coil 140 may be 20 mm or more and 30 mm or less.
  • the complex coupling coefficient may be a coupling coefficient of the transmitting coil 140 and the receiving coil having the outer transmitting coil 143 and the inner transmitting coil 141, and the first coupling coefficient is a transmitting having only the outer transmitting coil 141. It may be a coupling coefficient of the coil and the receiving coil, and the second coupling coefficient may be a coupling coefficient of the transmitting coil and the receiving coil having only the inner transmitting coil 143. That is, the complex coupling coefficient may be an average of coupling coefficients of the outer transmitting coil 141 and the receiving coil and coupling coefficients of the inner transmitting coil 143 and the receiving coil.
  • the outer transmitting coil 141 and the inner transmitting coil 143 may be one-turns, but are not limited thereto. According to an embodiment, the outer transmitting coil 141 may be a multiple coil, but is not limited thereto.
  • the composite coupling coefficient may have a smaller amount of change depending on the position than the first and second coupling coefficient graphs.
  • the first coupling coefficient is 0.2
  • the second coupling coefficient is 0.05
  • the composite coupling coefficient is 0.13.
  • the composite Coupling coefficient is 0.12. That is, the composite coupling coefficient of the transmitting coil 140 according to the embodiment may have a large coupling coefficient when the position is 0 compared to the first coupling coefficient, and a change amount of the coupling coefficient may be smaller as it moves away from the center. That is, the larger the coupling coefficient and the smaller the change amount of the coupling coefficient, the higher the efficiency of power transmission and reception of the transmission coil and the reception coil.
  • the charging region when the outer transmitting coil is a double coil and the charging region when the outer transmitting coil is a single coil may be the same.
  • FIG 8 is an exploded perspective view of the wireless transmitter according to the first embodiment of the present invention.
  • the wireless transmitter 100 of the present embodiment includes a mounting member 110, a first terminal 120, a second terminal 130, an outer transmission coil 141, and an inner transmission coil 143. And a transmission coil 140 and a shielding member 180. At this time, the wireless transmitter 100 transmits power in a resonant manner.
  • the mounting member 110 supports the first terminal 120, the second terminal 130, and the transmission coil 140.
  • the mounting member 110 may have a single layer structure and may have a multilayer structure.
  • the mounting member 110 includes a PCB, an FPCB, and a film.
  • the first terminal 120 and the second terminal 130 alternately input power to the transmitting coil 140.
  • the first terminal 120 and the second terminal 130 alternately output current from the transmitting coil 140.
  • the first terminal 120 inputs a current to the transmission coil 140
  • the second terminal 130 outputs a current.
  • the first terminal 120 and the second terminal 130 may be connected to the power converter.
  • the first terminal 120 and the second terminal 130 are mounted to the mounting member 110.
  • the first terminal 120 and the second terminal 130 are disposed on one surface of the mounting member 110.
  • the first terminal 120 and the second terminal 130 are drawn out to the other surface of the mounting member 110.
  • the first terminal 120 may include a first terminal via (not shown) passing through the mounting member 110, and may be drawn out through the first terminal via.
  • the second terminal 130 may include a second terminal via (not shown) passing through the mounting member 110, and may be drawn out through the second terminal via.
  • the first terminal 120 and the second terminal 130 may be made of a conductive material.
  • the transmitting coil 140 transmits power according to a preset charging scheme.
  • the charging method includes an electromagnetic induction method, a resonance method and a radio wave radiation method.
  • the transmitting coil 140 operates in a predetermined resonance frequency band to transmit power.
  • an electromagnetic field may be formed in the peripheral region of the upper transmitting coil 140.
  • the transmitting coil 140 is mounted on the mounting member 110.
  • the transmitting coil 140 is connected to the first terminal 120 and the second terminal 130. That is, the transmitting coil 140 is connected to the first terminal 120 and the second terminal 130 at both ends.
  • the transmitting coil 140 may be made of a conductive material.
  • the transmission coil 140 may include a conductive material and an insulating material, and the conductive material may be coated by the insulating material.
  • FIG. 9 is a graph for comparing and comparing the wireless transmitter with the related art according to the first embodiment of the present invention.
  • the center radius W2 of the disconnection coil 145 may be smaller than the center radius W1 of the outer transmission coil 141 and larger than the center radius W3 of the inner transmission coil 143. .
  • the composite coupling coefficient may have a smaller amount of change depending on the position than the single coil coupling coefficient.
  • the coupling coefficient of the disconnection coil 145 may be 0.08 at the center portion R, 0 when the position is 70, and 0.28 as the maximum when the position is 35.
  • the composite coupling coefficient including the outer transmitting coil 141 and the inner transmitting coil 143 according to the exemplary embodiment may be 0.13 at the center R, and may be 0.23 as the highest value when the position is 35.
  • the larger the coupling coefficient and the smaller the change amount of the coupling coefficient, the higher the efficiency of power transmission and reception of the transmission coil and the reception coil, and the transmission coil according to the embodiment may have higher power efficiency than the single coil and have a wider charging area.
  • FIG. 10 is a graph for explaining a coupling coefficient in a wireless transmitter according to a second embodiment of the present invention.
  • the wireless transmission unit according to the second embodiment may include a first outer transmission coil 141a and a second outer transmission coil 141b. That is, the outer transmitting coil 141 may include a plurality of turns, and the amount of change in the complex coupling coefficient may be smaller than in the first embodiment.
  • the composite coupling coefficient at the central portion R may be 0.1, and at position 40, it may be 0.2 as the highest value.
  • the larger the coupling coefficient and the smaller the change amount of the coupling coefficient the higher the efficiency of power transmission and reception of the transmission coil and the reception coil, and the transmission coil in which the external transmission coil 141 includes a plurality of turns is disconnected.
  • the power efficiency is higher than that of the coil, and the charging area may be wide.

Abstract

실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 실장 부재와, 상기 실장 부재에 장착되는 제1단자와 제 2단자와, 상기 제1단자와 상기 제2단자와 연결되는 송신 코일을 포함하고, 상기 송신 코일은, 외측 송신 코일과, 상기 외측 송신 코일에서 연장되고, 상기 외측 송신 코일보다 반경이 작은 내측 송신 코일을 포함하고, 상기 외측 송신 코일과 내측 송신 코일의 간격은 20mm 이상 30mm 이하이다.

Description

무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 충전 시스템
본 발명은 무선 전력 충전 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 전력 충전 시스템의 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.
일반적으로 각종 전자 기기가 배터리를 구비하고, 배터리에 충전된 전력을 이용하여 구동한다. 이 때 전자 기기에서, 배터리는 교체될 수 있으며, 재차 충전될 수도 있다. 이를 위해, 전자 기기는 외부의 충전 장치와 접촉하기 위한 접촉 단자를 구비한다. 즉 전자 기기는 접촉 단자를 통해, 충전 장치와 전기적으로 연결된다. 그런데, 전자 기기에서 접촉 단자가 외부로 노출됨에 따라, 이물질에 의해 오염되거나 습기에 의해 단락(short)될 수 있다. 이러한 경우, 접촉 단자와 충전 장치 사이에 접촉 불량이 발생되어, 전자 기기에서 배터리가 충전되지 않는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전자 기기를 충전하기 위한 무선 전력 충전 시스템이 제안되고 있다. 무선 전력 충전 시스템은 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치를 포함한다. 무선 전력 송신 장치는 무선으로 전력을 송신하며, 무선 전력 수신 장치는 무선으로 전력을 수신한다. 여기서, 전자 기기는 무선 전력 수신 장치를 포함할 수 있으며, 무선 전력 수신 장치와 전기적으로 연결될 수도 있다. 이 때 무선 전력 송신 장치의 미리 정해진 충전 영역에, 무선 전력 수신 장치가 배치되어야 한다. 특히, 무선 전력 충전 시스템이 공진 방식으로 구현되는 경우, 무선 전력 송신 장치가 무선 전력 수신 장치의 위치에 관계없이 균일한 결합 계수를 갖도록 설계되는 것이 중요하다. 그렇지 않으면, 무선 전력 수신 장치의 위치에 따라 무선 전력 송신 장치에서 조정해 주어야 하는 송신 전력량의 가변 범위가 증가해야 하기 때문에, 무선 전력 충전 시스템의 구현 비용이 증가하고, 무선 전력 충전 시스템의 효율이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명은 보다 향상된 전력 송신 효율을 갖는 무선 전력 송신 장치를 제공한다. 특히, 본 발명은 위치에 따라 균일한 결합 계수를 가짐으로써, 보다 확장된 충전 가능 영역을 갖는 무선 전력 송신 장치를 제공한다.
기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는, 실장 부재와, 상기 실장 부재에 장착되는 제1단자와 제 2단자와, 상기 제1단자와 상기 제2단자와 연결되는 송신 코일을 포함하고, 상기 송신 코일은, 외측 송신 코일과, 상기 외측 송신 코일에서 연장되고, 상기 외측 송신 코일보다 반경이 작은 내측 송신 코일을 포함하고, 상기 외측 송신 코일과 내측 송신 코일의 간격은 20mm 이상 30mm 이하이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 무선 전력 충전 시스템은, 외측 송신 코일과 내측 송신 코일을 포함하는 무선 전력 송신 장치와, 수신 코일을 포함하는 무선 전력 수신 장치를 포함하고, 상기 외측 송신 코일과 상기 내측 송신 코일의 간격은 상기 수신 코일의 폭의 절반이다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는, 다수개의 송신 코일들이 상호 대칭되는 형상으로 형성됨에 따라, 송신 코일들에서 형성되는 자기장의 형태가 상하좌우로 대칭적일 수 있다. 이로 인하여, 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치의 결합 계수가 무선 전력 송신 장치의 위치에 따라 균일할 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 송신 장치에서 조정해 주어야 하는 송신 전력량의 가변 범위를 줄일 수 있게 됨으로써, 무선 전력 충전 시스템의 구현 비용을 줄일 수 있고, 무선 전력 충전 시스템의 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 일반적인 무선 전력 충전 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 및 도 2e는 도 1에서 무선 송신부와 무선 수신부의 등가 회로를 도시하는 회로도이다.
도 3은 일반적인 무선 전력 송신 장치를 도시하는 블록도이다.
도 4는 일반적인 무선 송신부를 분해하여 도시하는 사시도이다.
도 5는 일반적인 무선 송신부의 등가 회로를 도시하는 회로도이다.
도 6은 일반적인 무선 송신부에서 결합 계수를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 송신부에서 결합 계수를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 송신부를 분해하여 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 송신부와 종래 기술과 비교하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 송신부에서 결합 계수를 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이 때 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 일반적인 무선 전력 충전 시스템을 도시하는 블록도이다. 그리고 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e는 도 1에서 무선 송신부와 무선 수신부의 등가 회로를 도시하는 회로도들이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 무선 전력 충전 시스템(10)은 무선 전력 송신 장치(20) 및 무선 전력 수신 장치(30)를 포함한다.
무선 전력 송신 장치(20)는 전원(11)에 연결되어, 전원(11)으로부터 전력을 수신한다. 그리고 무선 전력 송신 장치(20)는 무선으로 전력을 송신한다. 여기서, 무선 전력 송신 장치(20)는 교류 전력을 송신할 수 있다. 이 때 무선 전력 송신 장치(20)는 다양한 충전 방식들에 따라, 전력을 송신한다. 여기서, 충전 방식들은 전자기 유도(electromagnetic induction) 방식, 공진(resonance) 방식 및 전파 방사(RF/Micro Wave Radiation) 방식을 포함한다. 즉 무선 전력 송신 장치(20)에, 충전 방식들 중 적어도 어느 하나가 미리 설정되어 있다. 또한 무선 전력 송신 장치(20)는 미리 설정된 충전 방식으로 전력을 송신할 수 있다. 이러한 무선 전력 송신 장치(20)는 무선 송신부(21)를 포함한다.
무선 전력 수신 장치(30)는 무선으로 전력을 수신한다. 여기서, 무선 전력 수신 장치(30)는 교류 전력을 수신할 수 있다. 그리고 무선 전력 수신 장치(30)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 이 때 무선 전력 수신 장치(30)는 다양한 충전 방식들에 따라, 전력을 수신한다. 여기서, 충전 방식들은 전자기 유도 방식, 공진 방식 및 전파 방식을 포함한다. 즉 무선 전력 수신 장치(30)에, 충전 방식들 중 적어도 어느 하나가 미리 설정되어 있다. 또한 무선 전력 수신 장치(30)는 미리 설정된 충전 방식으로 전력을 수신할 수 있다. 게다가, 무선 전력 수신 장치(30)는 전력을 이용하여 구동할 수 있다. 이러한 무선 전력 수신 장치(30)는 무선 수신부(31)를 포함한다.
이 때 무선 전력 송신 장치(20)가 무선 전력 수신 장치(30)로 전력을 송신하기 위하여, 무선 전력 송신 장치(20)의 충전 방식과 무선 전력 수신 장치(30)의 충전 방식이 일치해야 한다.
예를 들면, 무선 전력 송신 장치(20)의 충전 방식과 무선 전력 수신 장치(30)의 충전 방식이 전자기 유도 방식인 경우, 무선 송신부(21)와 무선 수신부(31)는 도 2a에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 무선 송신부(21)는 송신 유도 코일(23)을 포함할 수 있다. 이 때 송신 유도 코일(23)은 송신 인덕터(L1)로 나타낼 수 있다. 무선 수신부(31)는 수신 유도 코일(33)을 포함할 수 있다. 이 때 수신 유도 코일(33)은 수신 인덕터(L2)로 나타낼 수 있다. 이를 통해, 수신 유도 코일(33)이 송신 유도 코일(23)에 대향하여 배치되면, 송신 유도 코일(23)이 수신 유도 코일(33)에 전자기 유도 방식으로 전력을 송신할 수 있다.
한편, 무선 전력 송신 장치(20)의 충전 방식과 무선 전력 수신 장치(30)의 충전 방식이 공진 방식인 경우, 무선 송신부(21)와 무선 수신부(31)는 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다.
무선 송신부(21)는 도 2b와 도 2d에 도시된 바와 같이 송신 유도 코일(25)과 송신 공진 코일(26)을 포함할 수 있다. 이 때 송신 유도 코일(25)과 송신 공진 코일(26)은 상호에 대향하여 배치될 수 있다. 그리고 송신 유도 코일(25)은 제 1 송신 인덕터(L11)로 나타낼 수 있다. 또한 송신 공진 코일(26)은 제 2 송신 인덕터(L12)와 송신 커패시터(C1)로 나타낼 수 있다. 여기서, 제 2 송신 인덕터(L12)와 송신 커패시터(C1)는 상호 병렬로 연결되어, 폐루프를 형성할 수 있다. 또는 무선 송신부(21)는 도 2c와 도 2e에 도시된 바와 같이 송신 공진 코일(27)을 포함할 수 있다. 이 때 송신 공진 코일(27)은 송신 인덕터(L1)와 송신 커패시터(C1)로 나타낼 수 있다. 여기서, 송신 인덕터(L1)와 송신 커패시터(C1)는 직렬로 연결될 수 있다.
그리고 무선 수신부(31)는 도 2b와 도 2e에 도시된 바와 같이 수신 공진 코일(35)과 수신 유도 코일(36)을 포함할 수 있다. 이 때 수신 공진 코일(35)과 수신 유도 코일(36)은 상호에 대향하여 배치될 수 있다. 또한 수신 공진 코일(35)은 수신 커패시터(C2)와 제 1 수신 인덕터(L21)로 나타낼 수 있다. 여기서, 수신 커패시터(C2)와 제 1 수신 인덕터(L21)는 상호 병렬로 연결되어, 폐루프를 형성할 수 있다. 수신 유도 코일(36)은 제 2 수신 인덕터(L22)로 나타낼 수 있다. 또는 무선 수신부(31)는 도 2c와 도 2d에 도시된 바와 같이 수신 공진 코일(37)을 포함할 수 있다. 이 때 수신 공진 코일(37)은 수신 인덕터(L2)와 수신 커패시터(C2)로 나타낼 수 있다. 여기서, 수신 인덕터(L2)와 수신 커패시터(C2)는 직렬로 연결될 수 있다.
이를 통해, 수신 공진 코일(35)이 송신 공진 코일(26)에 대향하여 배치되면, 송신 공진 코일(26)이 수신 공진 코일(35)에 공진 방식으로 전력을 송신할 수 있다. 이 때 송신 유도 코일(25)이 송신 공진 코일(26)에 전자기 유도 방식으로 전력을 전달하고, 송신 공진 코일(26)이 수신 공진 코일(35)에 공진 방식으로 전력을 송신할 수 있다. 또는 송신 공진 코일(26)이 직접 수신 공진 코일(35)에 공진 방식으로 전력을 송신할 수 있다. 그리고 수신 공진 코일(35)이 송신 공진 코일(26)로부터 공진 방식으로 전력을 수신하고, 수신 유도 코일(36)이 수신 공진 코일(35)로부터 전자기 유도 방식으로 전력을 수신할 수 있다. 또는 수신 공진 코일(35)이 송신 공진 코일(26)로부터 공진 방식으로 전력을 수신할 수 있다.
이러한 무선 전력 충전 시스템(10)에서, 품질 지수(Quality Factor)와 결합 계수(Coupling Coefficient)가 중요하다. 이 때 품질 지수와 결합 계수가 큰 값을 가질수록, 무선 전력 충전 시스템(10)의 효율이 향상된다.
품질 지수는 무선 전력 송신 장치(20) 또는 무선 전력 수신 장치(30)의 주변 영역에 축적될 수 있는 에너지의 지표를 나타낸다. 이 때 품질 지수는 무선 송신부(21)에서 송신 코일(23, 25, 26, 27) 또는 무선 수신부(31)에서 수신 코일(33, 35, 36, 37)의 동작 주파수(w), 형상, 사이즈, 소재 등에 따라 결정될 수 있다. 그리고 품질 지수는 Q=w*L/R과 같은 수식으로 산출될 수 있다. 여기서, L은 송신 코일(23, 25, 26, 27) 또는 수신 코일(33, 35, 36, 37)의 인덕턴스를 나타내고, R은 송신 코일(23, 25, 26, 27) 또는 수신 코일(33, 35, 36, 37)에서 발생되는 전력 손실량에 해당하는 저항을 나타낸다. 또한 품질 지수는 0으로부터 무한대의 값을 갖는다.
결합 계수는 무선 전력 송신 장치(20)와 무선 전력 수신 장치(30)의 자기적 결합 정도를 나타낸다. 이 때 결합 계수는 무선 송신부(21)의 송신 코일(23, 25, 26, 27)과 무선 수신부(31)의 수신 코일(33, 35, 36, 37) 사이의 상대적인 위치나 거리 등에 따라 결정될 수 있다. 그리고 결합 계수는 0으로부터 1의 값을 갖는다.
도 3은 일반적인 무선 전력 송신 장치를 도시하는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 일반적인 무선 전력 송신 장치(40)는 무선 송신부(41), 인터페이스부(43), 발진기(45), 전력 변환부(47), 검출부(49) 및 제어부(51)를 포함한다.
무선 송신부(41)는 무선 전력 송신 장치(40)에서 무선으로 전력을 송신한다. 이 때 무선 송신부(41)는 다수개의 충전 방식들에 따라, 전력을 송신한다. 여기서, 충전 방식들은 전자기 유도 방식, 공진 방식 및 전파 방사 방식을 포함한다. 이 때 무선 송신부(41)는 적어도 하나의 송신 코일을 포함할 수 있다. 여기서, 송신 코일은 충전 방식에 따라, 송신 유도 코일 또는 송신 공진 코일 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
인터페이스부(43)는 무선 전력 송신 장치(40)에서 전원(11)과 인터페이스를 제공한다. 즉 인터페이스부(43)가 전원(11)과 접속한다. 여기서, 인터페이스부(43)는 전원(11)과 유선으로 연결될 수 있다. 그리고 인터페이스부(43)가 전원(11)으로부터 전력을 수신한다. 여기서, 인터페이스부(43)는 전원(11)으로부터 직류 전력을 수신한다.
발진기(45)는 교류 신호를 생성한다. 이 때 발진기(45)는 무선 송신부(41)의 충전 방식에 대응하여, 교류 신호를 생성한다. 여기서, 발진기(45)는 미리 정해진 주파수를 갖도록, 교류 신호를 생성한다.
전력 변환부(47)는 전력을 변환하여, 무선 송신부(41)에 제공한다. 이 때 전력 변환부(47)는 인터페이스부(43)로부터 직류 전력을 수신하고, 발진기(45)로부터 교류 신호를 수신한다. 그리고 전력 변환부(47)는 직류 전력과 교류 신호를 이용하여 교류 전력을 생성한다. 여기서, 전력 변환부(47)는 교류 신호를 증폭하여 이용할 수 있다. 또한 전력 변환부(47)는 교류 전력을 무선 송신부(41)로 출력한다. 이러한 전력 변환부(47)는 푸쉬 풀 타입(push-pull type)의 구조를 가질 수 있다. 푸쉬 풀 타입의 구조는 쌍으로 존재하는 스위치, 트랜지스터 또는 임의의 회로 블록이 교대로 동작하여 교대로 응답을 출력하는 구조를 나타낸다.
검출부(49)는 무선 전력 송신 장치(40)의 전력 전송 상태를 검출한다. 이 때 검출부(49)는 전력 변환부(47)와 무선 송신부(41)의 사이에서, 전류의 세기를 검출할 수 있다. 여기서, 검출부(49)는 전력 변환부(47)의 출력단 또는 무선 송신부(41)의 입력단에서, 전류의 세기를 검출할 수 있다. 이러한 검출부(49)는 전류 센서(current sensor)를 포함할 수 있다. 여기서, 전류 센서로, 변류기(CT; Current Transformer)가 사용될 수 있다.
제어부(51)는 무선 전력 송신 장치(40)의 전반적인 동작을 제어한다. 이 때 제어부(51)는 무선 송신부(41)를 동작시켜, 무선으로 전력을 송신한다. 여기서, 제어부(51)는 전력 변환부(47)를 제어하여, 무선 송신부(41)로 전력을 제공한다. 이를 위해, 제어부(51)는 무선 송신부(41)를 동작시켜, 무선 전력 수신 장치(도 1의 30)의 존재 여부를 판단한다. 여기서, 제어부(51)는 검출부(49)를 제어하여, 무선 전력 수신 장치(30)의 존재 여부를 판단한다. 즉 제어부(51)는 무선 전력 송신 장치(40)의 전력 전송 상태에 따라, 무선 전력 수신 장치(30)의 존재 여부를 판단한다. 그리고 무선 전력 수신 장치(30)가 존재하면, 제어부(51)가 무선 송신부(41)를 동작시켜, 무선으로 전력을 송신한다.
이 때 무선 전력 송신 장치(40)와 무선 전력 수신 장치(30)가 근접할수록, 검출부(49)에서 검출되는 전류의 세기가 높을 수 있다. 이는, 무선 전력 송신 장치(40)와 무선 전력 수신 장치(30)의 결합 계수가 높음을 나타낼 수 있다. 한편, 무선 전력 송신 장치(40)와 무선 전력 수신 장치(30)가 이격될수록, 검출부(49)에서 검출되는 전류의 세기가 낮을 수 있다. 이는, 무선 전력 송신 장치(40)와 무선 전력 수신 장치(30)의 결합 계수가 낮음을 나타낼 수 있다.
도 4는 일반적인 무선 송신부를 분해하여 도시하는 사시도이다. 그리고 도 5는 일반적인 무선 송신부의 등가 회로를 도시하는 회로도이다. 또한 도 6은 일반적인 무선 송신부에서 결합 계수를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 일반적인 무선 송신부(60)는 실장 부재(61), 제 1 단자(63), 제 2 단자(65), 송신 코일(67) 및 차폐 부재(69)를 포함한다. 이 때 무선 송신부(60)는 공진 방식으로 전력을 송신한다.
실장 부재(61)는 제 1 단자(63), 제 2 단자(65) 및 송신 코일(67)을 지지한다. 이 때 실장 부재(61)는 단층 구조로 이루어질 수 있으며, 다층 구조로 이루어질 수도 있다. 그리고 실장 부재(61)는 PCB(Printed Circuit Board), FPCB(Flexible PCB) 및 필름(film)을 포함한다.
제 1 단자(63)와 제 2 단자(65)는 교대로 송신 코일(67)에 전류를 입력한다. 그리고 제 1 단자(63)와 제 2 단자(65)는 교대로 송신 코일(67)로부터 전류를 출력한다. 예를 들면, 제 1 단자(63)가 송신 코일(67)에 전류를 입력하는 경우, 제 2 단자(65)가 송신 코일(67)로부터 전류를 출력한다. 한편, 제 2 단자(65)가 송신 코일(67)에 전류를 입력하는 경우, 제 1 단자(63)가 송신 코일(67)로부터 전류를 출력한다. 여기서, 제 1 단자(63)와 제 2 단자(65)는 전력 변환부(도 3의 47)에 접속될 수 있다.
이러한 제 1 단자(63)와 제 2 단자(65)는 실장 부재(61)에 장착된다. 이 때 제 1 단자(63)와 제 2 단자(65)는 실장 부재(61)의 일면에 배치된다. 즉 제 1 단자(63)와 제 2 단자(65)는 실장 부재(61)의 상부면 또는 하부면에 배치된다. 그리고 제 1 단자(63)와 제 2 단자(65)는 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
송신 코일(67)은 미리 설정된 충전 방식에 따라 전력을 송신한다. 여기서, 충전 방식은 전자기 유도 방식, 공진 방식 및 전파 방사 방식을 포함한다. 이 때 송신 코일(67)은 미리 결정된 공진 주파수 대역에서 동작하여, 전력을 송신한다. 여기서, 송신 코일(67)을 따라 전류가 전달되면, 송신 코일(67)의 주변 영역에, 전자기장이 형성될 수 있다.
이러한 송신 코일(67)은 실장 부재(61)에 실장된다. 이 때 송신 코일(67)은 실장 부재(61)의 일 면에 배치된다. 즉 송신 코일(67)은 실장 부재(61)의 상부면 또는 하부면에 배치된다. 여기서, 송신 코일(67)은 원-턴(one-turn)으로 형성된다. 예를 들면, 송신 코일(67)은 원형 또는 사각형의 형태로 형성될 수 있다. 그리고 송신 코일(67)은 양단부에서 제 1 단자(63)와 제 2 단자(65)에 연결된다. 여기서, 송신 코일(67)은 도 5에 도시된 바와 같이 하나의 커패시터로 나태낼 수 있다. 또한 송신 코일(67)은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 또는 송신 코일(67)은 도전성 물질과 절연성 물질을 포함하며, 도전성 물질이 절연성 물질에 의해 코팅될 수 있다.
차폐 부재(69)는 송신 코일(67)을 격리시킨다. 즉 차폐 부재(69)는 송신 코일(67)을 무선 전력 송신 장치(도 3의 40)의 다른 구성들로부터 격리시킨다. 이 때 차폐 부재(69)는 미리 결정된 물질적 특성을 갖는다. 여기서, 물질적 특성은 투자율(permeability; )을 포함한다. 그리고 차폐 부재(69)의 투자율이 송신 코일(67)의 공진 주파수 대역에서, 유지될 수 있다. 이를 통해, 송신 코일(67)의 공진 주파수 대역에서, 차폐 부재(69)의 손실율이 억제될 수 있다.
일반적으로, 무선 송신부(60)와 무선 수신부(도 1의 31)의 결합 계수는, 도 6에 도시된 바와 같이 위치에 따라 균일하지 않다. 즉 송신 코일(67)의 도선(wire)에 근접할수록, 무선 송신부(60)와 무선 수신부(31)의 결합 계수가 높다. 이는, 송신 코일(67)의 도선(wire)에 근접할수록, 자기장의 세기가 높기 때문이다. 이로 인하여, 송신 코일(67)의 중심에 대응하는 위치에서, 무선 송신부(60)와 무선 수신부(31)의 결합 계수가 낮다. 이에 따라, 무선 송신부(60)에서 충전 가능 영역이 좁다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 송신부에서 결합 계수를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 송신 코일(140)은 외측 송신 코일(141)과 내측 송신 코일(143)을 포함한다. 내측 송신 코일(143)은 외측 송신 코일(141)이 연장되고, 내측 송신 코일(141)의 중심반경(W2)은 외측 송신 코일(141)의 중심 반경(W1)보다 작을 수 있다.
실시예에 따라 송신 코일(140)의 외측 송신 코일(143)과 내측 송신 코일(141)의 간격(W3)은 20mm 이상 30mm 이하일 수 있다. 복합 결합계수는 외측 송신 코일(143)과 내측 송신 코일(141)을 구비하는 송신 코일(140)과 수신 코일의 결합 계수일 수 있고, 제1 결합계수는 외측 송신 코일(141)만 구비한 송신 코일과 수신 코일의 결합 계수일 수 있고, 제2 결합계수는 내측 송신 코일(143)만 구비한 송신 코일과 수신 코일의 결합 계수일 수 있다. 즉, 복합 결합계수는 외측 송신 코일(141)과 수신 코일의 결합 계수와 내측 송신 코일(143)과 수신 코일의 결합 계수의 평균일 수 있다.
실시예에 따라, 외측 송신 코일(141)과 내측 송신 코일(143)은 원-턴(one-turn)일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 실시예에 따라, 외측 송신 코일(141)은 다중 코일일 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
위치에 따른 결합 계수를 설명하는 그래프를 참조하면, 복합 결합계수는 제1 결합계수와 제2 결합계수 그래프보다 위치에 따른 변화량이 작을 수 있다. 예컨대, 위치가 0인 경우, 제1 결합계수는 0.2, 제2 결합계수는 0.05, 복합 결합계수는 0.13이고, 위치가 50인 경우, 제1 결합계수는 0, 제2 결합계수는 0.23, 복합 결합계수는 0.12이다. 즉, 실시예에 따른 송신 코일(140)의 복합 결합계수는 제1 결합계수와 비교하여 위치가 0일 때 결합계수가 크고, 중심에서 멀어질 수록 결합계수의 변화량이 작을 수 있다. 즉, 결합계수가 크고, 결합계수의 변화량이 작을수록 송신코일과 수신코일의 전력송수신의 효율이 높아질 수 있다.
실시예에 따라, 외측 송신 코일이 2중 코일일 때의 충전 영역과 외측 송신 코일이 단일 코일일 때의 충전 영역은 동일할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 송신부를 분해하여 도시하는 사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 무선 송신부(100)는 실장부재(110), 제1단자(120), 제2단자(130), 외측 송신 코일(141)과 내측 송신 코일(143)을 포함하는 송신코일(140), 및 차폐 부재(180)를 포함한다. 이때, 무선 송신부(100)는 공진 방식으로 전력을 송신한다.
실장 부재(110)는 제1단자(120), 제2단자(130), 송신코일(140)을 지지한다. 이때, 실장 부재(110)는 단층 구조로 이루어질 수 있으며, 다층 구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 실장부재(110)는 PCB, FPCB, 및 필름을 포함한다.
제1단자(120)와 제2단자(130)는 교대로 송신 코일(140)에 전력을 입력한다. 그리고 제1단자(120)와 제2단자(130)는 교대로 송신 코일(140)로부터 전류를 출력한다. 예컨대, 제1단자(120)가 송신 코일(140)에 전류를 입력하는 경우, 제2단자(130)가 전류를 출력한다. 한편, 제2단자(130)가 송신 코일(140)에 전류를 입력하는 경우, 제1단자(120)가 송신 코일(140)로부터 전류를 출력한다. 여기서, 제1단자(120)과 제2단자(130)는 전력 변환부에 접속될 수 있다.
이러한 제1 단자(120)와 제2 단자(130)는 실장 부재(110)에 장착된다. 이때, 제1단자(120)와 제2단자(130)는 실장 부재(110)의 일면에 배치된다. 그리고, 제1 단자(120)와 제2 단자(130)는 실장 부재(110)의 타면으로 인출된다. 여기서, 제1 단자(120)는 실장 부재(110)를 관통하는 제1 단자 비아(도시되지 않음)를 포함하고, 제1단자 비아를 통해 인출될 수 있다. 또한 제2 단자(130)는 실장 부재(110)를 관통하는 제2 단자 비아(도시되지 않음)를 포함하고, 제2 단자 비아를 통해 인출될 수 있다. 게다가, 제1 단자(120)와 제2 단자(130)는 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
송신 코일(140)은 미리 설정된 충전 방식에 따라 전력을 송신한다. 여기서, 충전 방식은 전자기 유도 방식, 공진 방식 및 전파 방사 방식을 포함한다. 또한 송신 코일(140)은 미리 결정된 공진 주파수 대역에서 동작하여, 전력을 송신한다. 여기서, 송신 코일(140) 동작 시, 상부 송신 코일(140)의 주변 영역에, 전자기장이 형성될 수 있다.
이러한 송신 코일(140)은 실장 부재(110)에 실장된다. 그리고 송신 코일(140)은 제1 단자(120)와 제2 단자(130)에 연결된다. 즉, 송신 코일(140)이 양단부에서 제1 단자(120)와 제2 단자(130)에 연결된다.
또한, 송신 코일(140)은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 또는, 송신 코일(140)은 도전성 물질과 절연성 물질을 포함하며, 도전성 물질이 절연성 물질에 의해 코팅될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 송신부와 종래 기술을 비교하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 단선 코일(145)의 중심반경(W2)은, 외측 송신 코일(141)의 중심반경(W1) 보다 작고, 내측 송신 코일(143)의 중심반경(W3)보다 클 수 있다.
위치에 따른 결합 계수를 설명하는 그래프를 참조하면, 복합 결합계수는 단선 코일 결합계수보다 위치에 따른 변화량이 작을 수 있다. 예컨대, 단선 코일(145)의 결합계수는 중심부(R)에서 0.08이고, 위치가 70일때, 0이고, 위치가 35일 때, 최고치로서 0.28일 수 있다. 실시예에 따른 외측 송신 코일(141)과 내측 송신 코일(143)을 포함하는 복합 결합계수는 중심부(R)에서, 0.13이고, 위치가 35일 때, 최고치로서 0.23일 수 있다. 즉, 결합계수가 크고, 결합계수의 변화량이 작을수록 송신코일과 수신코일의 전력송수신의 효율이 높아질 수 있으며, 실시예에 따른 송신 코일이 단선 코일보다 전력 효율이 높고, 충전 영역이 넓을 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 송신부에서 결합 계수를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10을 참조하면, 제2 실시예에 따른 무선 송신부는 외측 송신 코일(141)은 제1외측 송신 코일(141a)와 제2외측 송신코일(141b)를 포함할 수 있다. 즉, 외측 송신 코일(141)은 복수의 턴을 포함할 수 있고, 제1 실시예와 비교하여 복합 결합 계수의 변화량이 작을 수 있다. 예컨대, 실시예에 따라 중심부(R)에서 복합 결합 계수는 0.1일 수 있고, 위치 40일 때, 최고치로서 0.2일 수 있다. 즉, 결합계수가 크고, 결합계수의 변화량이 작을수록 송신코일과 수신코일의 전력송수신의 효율이 높아질 수 있으며, 실시예에 따른 외측 송신 코일(141)이 복수의 턴을 포함하는 송신 코일이 단선 코일보다 전력 효율이 높고, 충전 영역이 넓을 수 있다.

Claims (15)

  1. 실장 부재;
    상기 실장 부재에 장착되는 제1단자와 제 2단자; 및
    상기 제1단자와 상기 제2단자와 연결되는 송신 코일을 포함하고,
    상기 송신 코일은,
    외측 송신 코일; 및
    상기 외측 송신 코일에서 연장되고, 상기 외측 송신 코일보다 반경이 작은 내측 송신 코일을 포함하고,
    상기 외측 송신 코일과 내측 송신 코일의 간격은 20mm 이상 30mm 이하인 무선 전력 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외측 송신 코일과 상기 내측 송신 코일은 원-턴(one-turn)인 무선 전력 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외측 송신 코일은 2중 코일인 무선 전력 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1단자는 상기 외측 송신 코일과 연결되고, 상기 제2단자는 상기 내측 송신 코일과 연결되는 무선 전력 송신 장치.
  5. 외측 송신 코일과 내측 송신 코일을 포함하는 무선 전력 송신 장치; 및
    수신 코일을 포함하는 무선 전력 수신 장치를 포함하고,
    상기 외측 송신 코일과 상기 내측 송신 코일의 간격은 상기 수신 코일의 폭의 절반인 무선 전력 충전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외측 송신 코일과 상기 내측 송신 코일의 간격은 20mm 이상 30mm 이하인 무선 전력 충전 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 외측 송신 코일과 상기 내측 송신 코일은 원-턴(one-turn)인 무선 전력 충전 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 외측 송신 코일은 2중 코일인 무선 전력 충전 시스템
  9. 제8항에 있어서,
    상기 외측 송신 코일이 2중 코일일 때의 상기 수신 코일과의 결합계수는 상기 외측 송신 코일이 단일 코일일 때의 상기 수신 코일과의 결합계수보다 위치에 따른 변화량이 적은 무선 전력 충전 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 외측 송신 코일이 2중 코일일 때의 충전 영역과 상기 외측 송신 코일이 단일 코일일 때의 충전 영역은 동일한 무선 전력 충전 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 외측 송신 코일과 상기 내측 송신 코일을 구비하는 송신 코일과, 상기 수신 코일의 결합계수는,
    외측 송신 코일만 구비한 송신 코일과 수신 코일의 결합 계수와, 내측 송신 코일만 구비한 송신 코일과 수신 코일의 결합계수의 평균인 무선 전력 충전 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 외측 송신 코일과 상기 내측 송신 코일을 구비하는 송신 코일과 상기 수신 코일의 결합계수는, 상기 내측 송신 코일의 중심에서 멀어질수록 상기 결합계수의 변화량이 작은 무선 전력 충전 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 외측 송신 코일과 상기 내측 송신 코일을 구비하는 송신 코일과 상기 수신 코일의 결합계수는, 상기 내측 송신 코일의 중심에서 멀어질수록 외측 송신 코일만 구비한 송신 코일과 수신 코일의 결합 계수보다 변화량이 작은 무선 전력 충전 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 외측 송신 코일과 상기 내측 송신 코일을 구비하는 송신 코일과, 상기 수신 코일의 결합계수는, 상기 내측 송신 코일의 중심에서 멀어질수록 내측 송신 코일만 구비한 송신 코일과 상기 수신 코일의 결합 계수보다 변화량이 작은 무선 전력 충전 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 외측 송신 코일과 상기 내측 송신 코일을 구비하는 송신 코일과, 상기 수신 코일의 결합계수는 상기 내측 송신 코일의 중심에서 0.13이고,
    외측 송신 코일만 구비한 송신 코일과 수신 코일의 결합 계수는 상기 외측 송신 코일의 중심에서 0.2이고, 내측 송신 코일만 구비한 송신 코일과 수신 코일의 결합계수는 상기 내측 송신 코일의 중심에서 0.05인 무선 전력 충전 시스템.
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