WO2021091336A1 - 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물 - Google Patents

무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물 Download PDF

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WO2021091336A1
WO2021091336A1 PCT/KR2020/015600 KR2020015600W WO2021091336A1 WO 2021091336 A1 WO2021091336 A1 WO 2021091336A1 KR 2020015600 W KR2020015600 W KR 2020015600W WO 2021091336 A1 WO2021091336 A1 WO 2021091336A1
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WO
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wireless power
coil
receiving
magnetic field
power transmission
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/015600
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English (en)
French (fr)
Inventor
박영진
양기동
조경환
Original Assignee
한국전기연구원
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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
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings

Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission device and a coil structure, and more specifically, the size of the wireless power transmission device can be minimized and a magnetic field is concentrated to improve power transmission efficiency, and a printed circuit on which a wireless power transmission transmission/reception circuit is mounted
  • the present invention relates to a wireless power transmission device and a coil structure capable of facilitating fabrication of a wireless power transmission device by mounting a wireless power transmission coil on the same substrate as the substrate and lowering the production cost.
  • wireless power transmission using electromagnetic waves is classified into a magnetic coupling method, a capacitive coupling method, and a high frequency (RF) method, and in recent years, a magnetic coupling method using a near-field non-radiative magnetic field. This is used a lot.
  • the magnetic coupling method can be classified into a magnetic resonance method that resonates a circuit and a method that simply uses a magnetic induction phenomenon at a short distance. However, recently, the magnetic coupling method is not classified into magnetic resonance or magnetic induction. have.
  • the coupling coefficient between the transmitting/receiving coils may be lowered.
  • Bluetooth wireless earphones, hearing aids, biometric signal monitoring terminals, etc. are required to be in close contact with the body or to have a waterproof function.
  • a wireless charging function is used in a smart phone and a smart watch.
  • a coil, a rectification, and a control circuit are manufactured respectively, and the coil and the circuit board are physically connected and used using separate wires.
  • coil fabrication using a flexible printed circuit board or the like is being utilized for embedding in small electronic devices.
  • a printed board structure in which only coils are arranged it can be configured in several ways.
  • the most common structure is fabricated by printing metal patterns of various shapes on one side of a substrate.
  • a structure made by printing a circular spiral or a square spiral is used, or a spiral-like pattern is printed on both sides of a printed circuit board, or a shielding structure and a metal structure are provided on one side of the printed circuit board.
  • a wireless power transmission coil is also formed.
  • the wireless power transmission coil printed on one side has a problem that the strength of the magnetic field rapidly decreases.
  • the arrangement of the transmitter and the receiver is not limited as possible.
  • the magnetic field from the opposite side cannot be received. In other words, since the ground plane is blocked, magnetic fields cannot be received from both the top and bottom surfaces.
  • the general configuration of the magnetic coupling wireless charging system is composed of a receiving coil that receives a magnetic field made from a transmitting coil and a circuit board that rectifies the same and stores power in the battery. It is used by connecting.
  • the wireless power transmission circuit can be mounted on the printed circuit board, but there is a problem that the coil must be separately manufactured and used.
  • the conventional single-sided method can only receive a magnetic field on one side, but in the case of small electronic devices, it is more efficient to receive the magnetic field on both sides rather than distinguishing the front and back sides. Can increase.
  • the present invention is invented to solve the problems of the prior art as described above, it is possible to minimize the size of the wireless power transmission device, it is possible to improve the power transmission efficiency by concentrating the magnetic field, and furthermore, the wireless power transmission transmission and reception circuit
  • An object of the present invention is to provide a wireless power transmission system, apparatus, and coil structure capable of facilitating manufacturing of a wireless power transmission device and lowering manufacturing cost by mounting a wireless power transmission coil on the same board as the mounted printed circuit board.
  • a wireless power receiving apparatus is a wireless power receiving apparatus for receiving power from a wireless power transmitting apparatus in a wireless power transmission system, comprising: a wireless power receiving circuit unit mounted on a printed circuit board; And a receiving coil unit receiving power transmitted from the wireless power transmitting device and providing it to the wireless power receiving circuit unit, wherein the receiving coil unit receives power transmitted from the transmitting coil of the wireless power transmitting device. And a magnetic field concentrating structure disposed adjacent to the receiving coil and forming a current in the same direction as the current direction of the transmitting coil in at least a partial area.
  • the receiving coil unit may be printed on the printed circuit board and manufactured integrally with the wireless power receiving circuit unit.
  • the magnetic field concentration structure includes a conductor, and has an inner opening in which a part of the conductor is opened, and a part of the conductor is opened to connect the outer region of the conductor and the inner region. It may be provided with a connecting portion.
  • a diameter of an inner opening of the conductor may be smaller than an outer diameter of the receiving coil.
  • a diameter of an inner opening of the conductor may be larger than an inner diameter of the receiving coil.
  • an outer diameter of the conductor may be larger than an outer diameter of the receiving coil.
  • an outer diameter of the conductor may be larger than an outer diameter of the transmitting coil.
  • the conductor may be provided on a plurality of layers of the printed circuit board.
  • the receiving coil may be provided on a plurality of layers of the printed circuit board, which is a multilayer substrate.
  • the magnetic field formed around the receiving coil unit is shielded by the magnetic field concentration structure, the magnetic field may be concentrated and passed through the inner opening.
  • a magnetic field shielding part for shielding a magnetic field may be provided on one side of the printed circuit board.
  • the printed circuit board may be configured by bonding a plurality of separately manufactured printed circuit boards.
  • a shielding structure for separating and shielding regions of the wireless power receiving circuit unit and the receiving coil unit may be provided on the printed circuit board.
  • a wireless power transmission apparatus for transmitting power from a wireless power transmission system to a wireless power reception apparatus, comprising: a wireless power transmission circuit unit mounted on a printed circuit board; And a transmission coil unit for transmitting power provided from the wireless power transmission circuit unit to the wireless power receiving device, wherein the transmission coil unit includes a transmission for transmitting power transmitted to the receiving coil of the wireless power receiving device.
  • a coil and a magnetic field concentrating structure disposed adjacent to the transmitting coil to form a current in the same direction as the current direction of the receiving coil in at least a partial area.
  • a wireless power transmission system for transmitting power from a wireless power transmission device to a wireless power reception device, comprising: a wireless power transmission device having a transmission coil; And a wireless power receiving circuit unit mounted on a printed circuit board. And a receiving coil unit for receiving the power transmitted from the wireless power transmitting apparatus and providing the received power to the wireless power receiving circuit unit; and a wireless power receiving apparatus including, wherein the receiving coil unit comprises: a receiving coil unit of the wireless power transmitting apparatus And a receiving coil for receiving power transmitted from the transmitting coil; and a magnetic field concentrating structure disposed adjacent to the receiving coil to form a current in the same direction as the current direction of the transmitting coil in at least a portion of the area.
  • the circuit size can be minimized.
  • the wireless power transmission coil can be manufactured by integrating it with an electric circuit, so that the utility of the printed circuit board can be increased when the circuit is manufactured.
  • the magnetic field can be concentrated even when the size of the circuit board is large, so that power transmission efficiency can be improved.
  • the wireless power transmission device and the coil structure according to an embodiment of the present invention, it is possible to manufacture an integrated circuit without connecting separate wires to the circuit board and the coil assembly.
  • the magnetic field concentrating structure receives all magnetic fields generated by the coil on the metal surface of the magnetic field concentrating structure, preventing the electromagnetic waves from escaping to the outside, and instead, the electromagnetic waves pass through only the inner opening.
  • the magnetic field concentration structure may be disposed on the front or rear surface of the coil at a predetermined distance from the coil, and in the case of a printed circuit board circuit, the magnetic field concentration structure and the coil can be more easily manufactured in one piece.
  • the configuration of the wireless power transmission device and the coil structure according to an embodiment of the present invention is not limited to a printed circuit board structure, and may be used in a coil using a wire.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration and operation of a receiving coil unit having a C-type metal structure according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4A to 4B are diagrams illustrating a magnetic field concentration structure formed on a printed circuit board in a receiving coil unit according to an embodiment of the present invention.
  • 6A to 6B, and 7A to 7B are views illustrating various receiving coil units configured on a printed circuit board including a magnetic field concentration structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an arrangement of a receiving coil unit and a wireless power receiving circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating another structure of a receiving coil unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an implementation example of a wireless power transmission system and a wireless power reception apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used to distinguish one component from other components. Is only used.
  • the wireless power transmission system 10 is a wireless power transmission for transmitting power from the wireless power transmission device 200 to the wireless power reception device 100
  • a wireless power transmission device 200 having a transmission coil 211 and a wireless power reception circuit unit 120 mounted on a printed circuit board 300 and the wireless power transmission device 200 It may be configured to include a wireless power receiving apparatus 100 including a receiving coil unit 110 receiving power and providing it to the wireless power receiving circuit unit 120.
  • the receiving coil unit 110 of the wireless power receiving device 100 can be integrated with the wireless power receiving circuit unit 120 to be manufactured,
  • the printed circuit board 300 can be manufactured by increasing the usability and minimizing the circuit size.
  • the receiving coil unit 110 is adjacent to the receiving coil 111 for receiving power transmitted from the transmitting coil 211 of the wireless power transmitting apparatus 200 and the receiving coil 111
  • the magnetic field concentration structure 112 may be disposed so that a magnetic field is concentrated in the receiving coil 111 while current is formed in the same direction as the current direction of the transmitting coil 211 in at least a portion of the area.
  • the wireless power transmission efficiency can be improved.
  • FIG. 2 illustrates a case in which the magnetic field concentration structure 112 is printed on the printed board circuit 300 together with the receiving coil 111 and manufactured (for example, through an etching process).
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and the receiving coil 111 is implemented on the printed circuit board, and the magnetic field concentration structure 112 is separately manufactured and attached to a metal plate, etc. It is also possible to implement it.
  • the primary coil eg, the transmission coil 211 of the wireless power transmission apparatus 200
  • a magnetic field is generated.
  • the primary coil eg, the transmission coil 211 of the wireless power transmission apparatus 200
  • FIG. 2 it is assumed that the primary coil has a circular loop structure having two turns, and a circular loop coil having a plurality of turns may be equivalent to an independent loop coil as shown in FIG. 2.
  • a time-varying current is applied to the primary coil, a magnetic field is generated as the current flows through the primary coil as shown in FIG. 2.
  • the generated magnetic field generates an eddy current in the magnetic field concentration structure 112 of the wireless power receiving device 100, or a part of it is directly a secondary coil (for example, a receiving coil of the wireless power receiving device 100). It induces a voltage at (111)).
  • the eddy current generated by the magnetic field concentrating structure 112 (C-type metal structure) generates a current as shown in FIG. 2 by the continuity of the current.
  • the direction of the generated eddy current is the same as the current direction of the primary coil.
  • the eddy current generated in the magnetic field concentrating structure 112 is induced and flowed by a magnetic field applied to the magnetic field concentrating structure along the boundary of the inner region.
  • the eddy current also flows at the interface of the inner region of the top portion of the magnetic field concentration structure 112. Accordingly, the eddy current induces a voltage in the secondary coil while generating a magnetic field again.
  • the area of the outer area is wider than that of the inner area and the outer area is wider than the area of the primary coil, most of the outer area is generated by the primary coil.
  • the magnetic field of is incident on the magnetic field concentrating structure 112, and accordingly, a stronger current flows along the edge of the inner region, and accordingly, by the induced current along the edge of the inner region.
  • a phenomenon in which mutual inductance is increased occurs in the secondary coil, and further, transmission efficiency between the primary coil and the secondary coil can be improved.
  • the magnetic field concentrating structure 112 in the absence of the magnetic field concentrating structure 112, only a part of the magnetic field generated in the primary coil is linked to the secondary coil, thereby inducing a voltage to the secondary coil.
  • the magnetic field concentrating structure 112 when the magnetic field concentrating structure 112 is provided, Most of the magnetic field generated by the primary coil is incident on the magnetic field concentration structure 112 to generate eddy current. Accordingly, a stronger current flows along the edge of the inner region, and the magnetic field may be amplified as a larger magnetic field is directly added to the magnetic field induced in the secondary coil through the inner region. Accordingly, in the absence of the magnetic field concentration structure 112, a magnetic field that cannot be received can be received by the secondary coil, so that transmission efficiency can be improved.
  • the magnetic field concentration structure 112 may be placed between the primary coil and the secondary coil, but may be placed behind the primary coil and the secondary coil (see FIGS. 5A and 5B ).
  • the receiving coil unit 110 can improve efficiency by increasing mutual coupling as previously described, as well as a magnetic field centered on the printed circuit board 300. Power can be transmitted irrespective of the incidence direction including the case where the incidence direction of is the top or bottom surface.
  • FIGS. 3, 4A and 4B the magnetic field concentration structure 112 according to an embodiment of the present invention is examined in more detail with reference to FIGS. 3, 4A and 4B.
  • the magnetic field concentration structure 112 includes a conductor 1121, and an inner opening 1122 in which a partial inner region of the conductor 1121 is opened. ), and a part of the conductor 1121 may be opened to include a connection part 1123 connecting the outer region of the conductor 1121 and the inner region.
  • the magnetic field concentration structure 112 may have internal openings 112 of various shapes, such as a circle ((a) of FIG. 4a) or a square ((b) of FIG. 4a).
  • the outer shape of the conductor 1121 may be variously implemented.
  • connection portion 1123 may be implemented in a shape having a predetermined interval (“g” in FIG. 4A), but the present invention is not limited thereto.
  • the current flowing along the edges of the outer region and the inner region must be continuous. Further, the current does not flow between the edge of the outer region and the edge of the inner region due to the eddy current, but flows only at the edge.
  • the current direction of the primary coil (for example, the transmission coil 211) generating the magnetic field and the direction of the current flowing along the inner edge region of the magnetic field concentration structure 112 may be the same. Accordingly, the magnetic field generated by the primary coil may be concentrated or amplified through the inner opening 1122, and accordingly, a secondary coil provided adjacent to the inner opening 1122 of the magnetic field collecting structure 112 ( For example, it is possible to perform a function of concentrating a magnetic field to the receiving coil 111.
  • the eddy current induced on the surface may generate heat due to the resistance of the metal plate, and some may flow along the outermost shell. Therefore, if the coils are placed on both sides of the metal plate, effective power transmission cannot occur.
  • FIG. 4A illustrates a magnetic field concentration structure 112 of various shapes according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A illustrates a case where the inner shape is a circular structure and the outer shape is a square structure
  • the right side illustrates a case where both the inner shape and the outer shape are rectangular structures.
  • D denotes a diameter
  • W denotes the width of one side.
  • the internal shape of the magnetic field concentration structure 112 may vary depending on the shape of the coil to be coupled. That is, for a circular coil, a circular structure is suitable for the inner shape, and for a coil having a square pattern, it is preferable to have a square structure for the inner shape. In addition, it is preferable to determine the external shape of the magnetic field concentration structure 112 in consideration of the mounting position and the shape of the coil to be coupled.
  • the inner shape of the magnetic field concentrating structure 112 is configured in a circular structure, and the circular coil and the magnetic field concentrating structure 112 are combined.
  • the circular coil has a structure having a plurality of turns, and the diameter of the innermost circular loop is R_i and the diameter of the outermost circular loop is R_o.
  • the outer diameter of the magnetic field concentration structure 112 is larger than the outermost diameter of the coil.
  • the inner circular diameter of the magnetic field concentrating structure 112 is larger than the diameter of the innermost loop of the coil.
  • the coil has a rectangular shape, and a structure in which the inner shape of the magnetic field concentration structure 112 is rectangular is exemplified.
  • the square-shaped coil has a plurality of turns, and the width of the inner square loop is W_i and the width of the outermost loop is W_o.
  • the outer diameter of the magnetic field concentration structure 112 is larger than the outermost diameter of the coil.
  • the width of the inner square shape of the magnetic field concentration structure 112 is larger than the diameter of the innermost loop of the coil.
  • FIGS. 5 and 6A to 6B illustrate various receiving coil units 110 configured on the printed circuit board 300 including the magnetic field concentration structure 112 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates a receiving coil unit 110 configured on a single-sided printed circuit board. As can be seen in FIG. 5, even if the magnetic field is incident from either the upper or lower side, a voltage may be induced in the receiving coil 111.
  • the magnetic field formed around the receiving coil 111 is shielded by the magnetic field concentration structure 112, the magnetic field may be concentrated and passed through the inner opening 1122.
  • the use of the magnetic field concentrating structure 112 may provide a shielding effect of electromagnetic waves for suppressing electromagnetic waves generated around the receiving coil 111.
  • the magnetic field concentrating structure 112 receives a magnetic field formed around the receiving coil 111 on the metal surface of the magnetic field concentrating structure 112 to prevent electromagnetic waves from going out, and instead, the inner opening 1122 ) Only allows electromagnetic waves to pass through.
  • the magnetic field concentration structure 112 may be disposed on the front or rear surface of the receiving coil 111 at a predetermined distance from the receiving coil 111, and in the case of a printed board circuit, the The magnetic field concentration structure 112 and the receiving coil 111 can be more easily manufactured as an integral type.
  • the magnetic field concentration structure 112 and the magnetic field shielding part 113 are combined, it is possible to obtain a shielding effect of electromagnetic waves while suppressing a decrease in wireless power transmission efficiency.
  • FIG. 5 is a structure in which the magnetic field concentrating structure 112 is disposed under the receiving coil 111, and a magnetic field incident due to the magnetic field concentrating structure 112 is the magnetic field concentrating structure ( 112) also has a shielding feature that prevents it from escaping to the rear.
  • the magnetic field concentrating structure 112 it is possible to further increase power transmission efficiency by adjusting the size of the inner opening 1122 of the magnetic field concentration structure 112 in consideration of the size of the coil generating the magnetic field.
  • the magnetic field concentration structure 112 may be present in at least one or more layers.
  • the receiving coil 111 and the magnetic field concentration structure 112 may be disposed in various layers.
  • FIG. 6B illustrates a structure in which receiving coils fabricated in multiple layers are connected through vias.
  • a plurality of coils may be connected in series or in parallel, thereby increasing self inductance, increasing mutual inductance, or connecting a plurality of coils in parallel.
  • it can be implemented to lower the loss resistance.
  • the first printed circuit board 310 provided with the magnetic field concentration structure 112 may be adhered to the receiving coil unit 110 of various combinations.
  • the receiving coil unit 110 may be configured in a structure in which a magnetic field shielding unit 113 for shielding a magnetic field is provided on one side of the printed circuit board 300 as shown in FIG. 7B. have.
  • the magnetic field concentration structure 112 may be used as the ground (GND) plane.
  • the receiving coil unit 110 is printed on the printed circuit board 300 to be manufactured integrally with the wireless power receiving circuit unit 120. I can.
  • FIG. 8 an embodiment of the arrangement of the receiving coil unit 110 and the wireless power receiving circuit unit 120 is described.
  • the receiving coil unit 110 manufactured on the printed circuit board 300 may be disposed adjacent to the wireless power receiving circuit unit 120.
  • the present invention it is possible to configure a wireless charging module in which the wireless power receiving circuit unit 120 and the receiving coil unit 110 are integrally manufactured.
  • the receiving coil unit 110 on the printed circuit board 300 may be manufactured separately from the wireless power receiving circuit unit 120.
  • the shielding structure 130 it is possible to implement the shielding structure 130 with a via or the like in various ways as shown in FIG. 8.
  • the magnetic field concentration structure 112 as the ground (GND) plane.
  • FIG. 9 illustrates a structure in which the receiving coil 111 for wireless power transmission manufactured by various methods is coupled with the wireless power receiving circuit unit 120 using the magnetic field concentration structure 112.
  • the receiving coil unit 110 integrally with the wireless power receiving circuit unit 120, but as can be seen in FIG. 9, the magnetic field concentration structure 112 receives wireless power.
  • the circuit unit 120 is on the mounted first printed circuit board 310, and the receiving coil 111 may be manufactured as a separate second printed circuit board 320. In this case, by attaching the receiving coil 111 to the magnetic field concentration structure 112, the receiving coil unit 110 and the wireless power receiving circuit unit 120 may be manufactured in an integrated structure.
  • the receiving coil 111 when the receiving coil 111 is to be directly coupled to the wireless power receiving circuit unit 120, a shielding agent must be additionally used for the receiving coil 111 due to the influence of the wireless power receiving circuit unit 120, but the In the structure, transmission efficiency can be maintained without the use of a separate shielding agent, no shielding agent, etc. are used, and the reception coil 111 requires only a minimum area for maintaining the performance of the reception coil 111 even in the printed circuit board 300. The area occupied by this can be minimized.
  • the present invention may be implemented as the apparatus 200 for transmitting power wirelessly.
  • the wireless power transmission apparatus 200 is a wireless power transmission apparatus 200 that transmits power from the wireless power transmission system 10 to the wireless power reception apparatus 100, and includes a printed circuit.
  • a wireless power transmission circuit unit (not shown) mounted on the substrate 300;
  • a transmission coil unit (not shown) that transmits power provided from the wireless power transmission circuit unit (not shown) to the wireless power receiver 100, and the transmission coil unit (not shown) includes the The transmission coil 211 for transmitting power transmitted to the reception coil 111 of the wireless power reception device 100, and the current of the reception coil 111 in at least a portion of the area disposed adjacent to the transmission coil 211
  • a magnetic field concentrating structure 112 is provided to allow a magnetic field to be concentrated to the transmitting coil 211 while current is formed in the same direction as the direction.
  • the wireless power transmission device 200 is difficult for a person skilled in the art according to the reciprocal theory with reference to the structure and operation of the wireless power reception device 100 described above. It can be implemented without a detailed description here.
  • FIG. 10 illustrates the shape and device of a circuit board to which a wireless power transmission function is added to an earring-type bio-signal monitoring device.
  • the biosignal monitoring device is a device capable of wirelessly monitoring biosignal information in a non-contact manner by using a sensor that can measure body temperature and pulse in the ear.
  • the biosignal monitoring device needs the rectifier circuit 121 and the charging circuit 122 for wireless charging, and can wirelessly transmit data through Bluetooth communication.
  • FIG. 10 shows a case of transmitting wireless power to an earring-type bio-signal device (LED ON) (FIG. 10(a)), and a photo of the top and bottom of the circuit board built into the device (FIG. b)) and a photograph of the magnetic field concentration structure 112 and the receiving coil 111 for wireless power transmission (FIG. 10(c)) is illustrated.
  • LED ON an earring-type bio-signal device
  • FIG. 10(c) shows a case of transmitting wireless power to an earring-type bio-signal device
  • the receiving coil 111 is coupled to the magnetic field concentration structure 112 designed on the circuit board. If the receiving coil 111 is combined with an electronic circuit without using the magnetic field concentrating structure 112, an electronic circuit board is used to minimize the reduction in efficiency due to the eddy current induced by the metal provided in the electronic circuit. There is a problem in that a large area for the receiving coil unit 110 is required to be combined with, or a magnetic material must be used, but in the present invention, an additional area is not required on the circuit board, and transmission is performed without using a shielding agent. While securing efficiency, the receiving coil unit 110 can be manufactured by miniaturizing the wireless power receiving circuit unit 120 integrally.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 무선 전력 전송 장치의 크기를 최소화하고 자기장을 집중시켜 전력 전송 효율을 개선할 수 있으며, 무선 전력 전송 송수신 회로가 실장된 인쇄 회로 기판과 동일한 기판에 무선 전력 전송 코일을 실장하여 무선 전력 전송 장치의 제작을 용이하게 하고 제작 가격도 낮출 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물에 관한 것이다. 본 발명에서는, 무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 송신 장치로부터 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치에 있어서, 인쇄 회로 기판에 실장되는 무선 전력 수신 회로부; 및 상기 무선 전력 송신 장치에서 전송되는 전력을 수신하여 상기 무선 전력 수신 회로부로 제공하는 수신 코일부;를 포함하여 구성되며, 상기 수신 코일부는, 상기 무선 전력 송신 장치의 송신 코일에서 전송되는 전력을 수신하는 수신 코일과, 상기 수신 코일에 인접하게 배치되어 최소한 일부 영역에서 상기 송신 코일의 전류 방향과 동일한 방향으로 전류가 형성되는 자기장 집중 구조체를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치를 개시한다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물
본 발명은 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 무선 전력 전송 장치의 크기를 최소화하고 자기장을 집중시켜 전력 전송 효율을 개선할 수 있으며, 무선 전력 전송 송수신 회로가 실장된 인쇄 회로 기판과 동일한 기판에 무선 전력 전송 코일을 실장하여 무선 전력 전송 장치의 제작을 용이하게 하고 제작 가격도 낮출 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물에 관한 것이다.
최근 스마트폰 등 다양한 무선 단말의 확산과 함께 자기 결합(magnetic coupling) 기술 등을 이용한 무선 전력 전송 기술이 폭넓게 활용되고 있다.
보다 구체적으로, 전자기파를 이용한 무선전력전송은 자기 결합(magnetic coupling) 방식, 전계 결합(capacitive coupling), 고주파(RF) 방식으로 구분되며, 근래에는 근거리 비방사 자기장을 이용한 자기 결합(magnetic coupling) 방식이 많이 사용된다.
자기 결합(magnetic coupling) 방식은 회로를 공진시켜 사용하는 자기 공진 방식과 단순히 근거리에서 자기 유도 현상을 이용한 방식으로 구분할 수 있으나, 최근에는 특별히 자기 공진, 자기 유도로 구분하지 않고 자기 결합 방식을 사용하고 있다.
자기 공진 방식은 송수신 코일 사이의 결합 계수가 낮아지는 경우도 (송수신 코일 사이의 간격이 크거나, 수신 코일 사이즈가 극히 작거나, 송수신 코일의 위치가 일치하지 않는 등의 경우 결합 계수 저하가 발생), 자기 유도 방식에 비해 상대적으로 높은 효율을 가질 수 있다는 장점을 가진다.
또한, 종래에는 평판형 송신기에 평판형 수신기를 사용하는 무선 전력 전송 방식이 일반적이었으며, 또는 자기 공진 방식을 활용하여 송신기를 원형 또는 사각 등의 구조로 구성하는 방안도 제안되었다.
그런데, 최근 블루투스 이어폰과 같은 소형 음향기기 및 무선 이어폰 제품이 많이 출시되고 있으며, 이러한 제품들의 충전 방식은 접촉식 방식을 사용한다.
나아가, 최근에는 블루투스 이어폰을 담는 케이스를 유선 충전이 아니라 무선 충전하는 방식의 제품이 출시되고 있다.
또한, 소형 고효율 리튬 전지들의 보급으로 충전형 소형 웨어러블 기기 시장은 증가할 것으로 예상되고 있다.
따라서, 다양한 소형 전자기기, 웨어러블 의료기기, 모바일 헬스케어 기기 등의 보급 확산으로 충전의 편의성이 중요하게 받아들여 지고 있다. 특히, 기기의 소형화 및 충전 회수의 증가로 유선 충전의 불편함이 주요한 이슈가 되었고, 또한 첨단 기기의 이미지에 부합되도록 매우 다양한 첨단 제품들이 무선 전력 전송 기술을 수용하고 있다.
보다 구체적으로, 유선 충전의 경우는 지속적인 충전 잭과의 연결로 인해, 잭이 노후화되어 사용이 어려울 수 있다. 특히, 소형 전자기기 및 웨어러블 의료기기, 모바일 헬스케어 기기 등은 그 사이즈가 작아, 충전 잭을 만들어 실장하는 것이 용이하지 않고, 이 잭에 커넥터를 연결하는 것 또한 용이하지 않다.
나아가, 사용적인 면에 있어, 블루투스 무선이어폰, 보청기, 생체 신호 모니터링 단말기 등은 신체 밀착되거나, 방수 기능이 필수적으로 요구된다.
또한, 스마트폰 및 스마트 와치 등에 무선 충전 기능이 활용되고 있는데, 일반적으로 코일과 정류 및 제어 회로는 각각 제작되어, 코일과 회로 보드를 별도의 도선을 이용하여 물리적으로 연결하여 사용한다. 또한, 소형 전자기기 제품에 내장하기 위해 플렉시블 인쇄기판 등을 이용한 코일 제작이 활용되고 있다.
일반적으로 코일만 배치하는 인쇄 기판 구조의 경우는 여러 방법으로 구성이 가능하다. 가장 일반적인 구조는 기판의 한면에 다양한 모양의 금속 패턴을 인쇄하여 제작한다. 예를 들어, 원형 스파이럴, 사각 스파이럴을 인쇄하여 만드는 구조를 들 수 있으며, 또는 인쇄 회로 기판의 양면에 스파이럴 모양과 같은 패턴을 인쇄하여 사용하거나, 인쇄 회로 기판의 한면에는 차폐 구조와 금속 구조를 구비하여 무선 전력 전송 코일을 구성하기도 한다. 이러한 코일 구조를 직접 인쇄 회로 기판에 정류 및 제어 회로부와 함께 실장할 경우, 회로부의 접지면 또는 코일에 인접한 금속으로부터 유도되는 와류 전류로(일반적으로 와류 전류에 의한 자기장이 송수신 자기 결합을 감소시킴) 인하여 한면에 인쇄된 무선 전력 전송 코일은 자기장의 세기가 급속히 줄어드는 문제가 있다. 또한, 일반적으로 소형 전자 기기를 위한 무선 충전에서는 송신기 및 수신기의 코일부의 위치를 일치시키기가 쉽지 않기 때문에, 송신기 및 수신기의 배치는 가능한 제한을 두지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 한면에 패턴이 있고, 반대면에 접지면이 있을 경우, 반대면으로부터의 자기장은 수신할 수가 없다는 문제가 따른다. 즉, 접지면이 막고 있어 윗면과 아래면 양방향에서 자기장을 받을 수 없게 된다.
이에 대하여, 자기장 집중 구조인 'C'자형 구조를 갖는 금속판을 사용한 무선 전력 전송 시스템이 제안되었다(대한민국 등록특허 제10-1973143호(2019.4.22)).
또한, 'C'자형 구조를 갖는 금속판에서의 와류전류 해석에 대한 내용도 연구된 바 있다. (참조문헌 1. R. Sikora, etc, "Use of variational methods to the eddy currents calculation in thin conducting plates," IEEE Transactions on magnetics, Vol. MAG-14, No. 5, 1978)
그런데, 자기 결합 무선 충전 시스템의 일반적인 구성은 송신 코일에서 만들어진 자기장을 수신하는 수신 코일과 이를 정류하여 배터리에 전력을 저장하는 회로 보드로 구성되며, 일반적으로 회로 보드와 코일은 분리되어 제작한 이후에 연결하여 사용된다.
그러나, 이렇게 코일과 회로 보드를 분리하여 무선 전력 전송 모듈을 제작할 경우, 부피가 증가하고 코일과 회로 보드를 연결해야 하는 별도의 과정이 필요하다는 문제점이 따른다.
또한, 인쇄 회로 기판을 사용할 경우에도 인쇄 회로 기판에 무선 전력 전송 회로를 실장할 수 있으나, 코일은 별도로 제작하여 사용하여야 하는 문제가 있었다.
특히, 인쇄 회로 기판이 앞면 또는 뒷면으로 배치가 될 때에 기존의 단면 방식은 한면으로만 자기장을 수신할 수 있으나, 소형 전자기기의 경우는 앞면, 뒷면을 구분하기 보다는 양면에서 자기장을 수신하는 것이 효율을 높일 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 무선 전력 전송 장치의 크기를 최소화할 수 있고, 자기장을 집중시켜 전력 전송 효율을 개선할 수 있으며, 나아가 무선 전력 전송 송수신 회로가 실장된 인쇄 회로 기판과 동일한 기판에 무선 전력 전송 코일을 실장하여 무선 전력 전송 장치의 제작을 용이하게 하고 제작 가격도 낮출 수 있는 무선 전력 전송 시스템, 장치 및 코일 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 아래에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는, 무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 송신 장치로부터 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치으로서, 인쇄 회로 기판에 실장되는 무선 전력 수신 회로부; 및 상기 무선 전력 송신 장치에서 전송되는 전력을 수신하여 상기 무선 전력 수신 회로부로 제공하는 수신 코일부;를 포함하여 구성되며, 상기 수신 코일부는, 상기 무선 전력 송신 장치의 송신 코일에서 전송되는 전력을 수신하는 수신 코일과, 상기 수신 코일에 인접하게 배치되어 최소한 일부 영역에서 상기 송신 코일의 전류 방향과 동일한 방향으로 전류가 형성되는 자기장 집중 구조체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 수신 코일부는 상기 인쇄 회로 기판에 인쇄되어 상기 무선 전력 수신 회로부와 일체형으로 제작될 수 있다.
또한, 상기 자기장 집중 구조체는 도전체를 구비하여 구성되고, 상기 도전체의 일부 내부 영역이 개방된 내부 개구부를 가지며, 상기 도전체의 일부가 개방되어 상기 도전체의 외부 영역과 상기 내부 영역을 연결하는 연결부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 자기장 집중 구조체에서 상기 도전체의 내부 개구부의 직경은 상기 수신 코일의 외부 직경보다 작을 수 있다.
또한, 상기 자기장 집중 구조체에서 상기 도전체의 내부 개구부의 직경은 상기 수신 코일의 내부 직경보다 클 수 있다.
또한, 상기 자기장 집중 구조체에서 상기 도전체의 외부 직경은 상기 수신 코일의 외부 직경보다 클 수 있다.
또한, 상기 자기장 집중 구조체에서 상기 도전체의 외부 직경은 상기 송신 코일의 외부 직경보다 클 수 있다.
또한, 상기 자기장 집중 구조체에서 상기 도전체는 상기 인쇄 회로 기판의 복수 층에 구비될 수 있다.
또한, 상기 자기장 집중 구조체에서 상기 수신 코일은 다층 기판인 상기 인쇄 회로 기판의 복수 층에 구비될 수 있다.
또한, 상기 자기장 집중 구조체에 의하여 상기 수신 코일부 주변에 형성되는 자기장이 차폐되면서 상기 내부 개구부로 상기 자기장이 집중되어 통과할 수 있다
또한, 상기 인쇄 회로 기판의 일측에는 자기장을 차폐하는 자기장 차폐부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 인쇄 회로 기판은 별도로 제작된 복수의 인쇄 회로 기판이 접착되어 구성될 수 있다.
또한, 상기 인쇄 회로 기판에는, 상기 무선 전력 수신 회로부와 상기 수신 코일부의 영역을 구분하여 차폐하기 위한 차폐 구조물이 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는, 무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 수신 장치로 전력을 송신하는 무선 전력 송신 장치로서, 인쇄 회로 기판에 실장되는 무선 전력 송신 회로부; 및 상기 무선 전력 송신 회로부에서 제공되는 전력을 상기 무선 전력 수신장치로 전송하는 송신 코일부;를 포함하여 구성되며, 상기 송신 코일부는, 상기 무선 전력 수신 장치의 수신 코일로 전송되는 전력을 송신하는 송신 코일과, 상기 송신 코일에 인접하게 배치되어 최소한 일부 영역에서 상기 수신 코일의 전류 방향과 동일한 방향으로 전류가 형성되는 자기장 집중 구조체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은, 무선 전력 송신 장치에서 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 시스템으로서, 송신 코일을 구비하는 무선 전력 송신 장치; 및 인쇄 회로 기판에 실장되는 무선 전력 수신 회로부; 및 상기 무선 전력 송신 장치에서 전송되는 전력을 수신하여 상기 무선 전력 수신 회로부로 제공하는 수신 코일부;를 포함하는 무선 전력 수신 장치;를 포함하여 구성되며, 상기 수신 코일부는, 상기 무선 전력 송신 장치의 송신 코일에서 전송되는 전력을 수신하는 수신 코일과, 상기 수신 코일에 인접하게 배치되어 최소한 일부 영역에서 상기 송신 코일의 전류 방향과 동일한 방향으로 전류가 형성되는 자기장 집중 구조체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물에서는, 소형 웨어러블 기기 등에 무선 전력 전송 회로가 추가되는 경우에도, 회로 크기를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물에서는, 무선 전력 전송 코일을 전기 회로와 통합하여 제작할 수 있어, 회로 제작시에 인쇄 회로 기판의 활용성을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물에서는, 특히 회로 보드 사이즈가 큰 경우에도 자기장을 집중할 수 있어, 전력 전송 효율을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물에서는, 회로 보드와 코일 어셈블리에 별도의 와이어를 연결하지 않고 일체화된 회로로 제작이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물에서는, 양면으로부터 자기장을 받을 수 있어, 코일부의 앞면 또는 뒷면을 포함하여 어느 방향으로 배치해도 전력 송신 또는 수신이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물에서는, 자기장 집중 구조체의 사용으로 코일에 의해서 만들어지는 전자파를 억제하는 전자파의 차폐 효과를 얻을 수도 있다. 이때, 상기 자기장 집중 구조체는 코일에서 만들어지는 자기장을 모두 자기장 집중 구조체의 금속 표면에 수신하게 되어, 외부로 전자파가 빠져나가지 못하게 하며, 대신에 내부 개구부로만 전자파가 통과하게 된다.
나아가, 전자파 차폐 효과를 얻기 위해서 상기 자기장 집중 구조체를 코일의 앞면 또는 뒷면에 코일과 일정 간격을 두고 배치할 수 있으며, 인쇄 기판 회로의 경우는 자기장 집중 구조체와 코일을 일체형으로 보다 쉽게 제작할 수 있다.
특히, 자기장 집중 구조체와 자기장 차폐부를 결합할 경우에 무선 전력 전송 효율의 감소를 억제하면서, 전자파의 차폐 효과를 얻을 수도 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물의 구성은 인쇄 회로 기판 구조에 한정되지 않고, 와이어를 이용한 코일 등에서도 사용될 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시 예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구성을 예시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 집중 구조(C-type metal structure)를 구비하는 수신 코일부의 구성 및 동작을 예시하는 도면이다.
도 3, 도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 코일부에서 인쇄 회로 기판에 형성되는 자기장 집중 구조를 예시하는 도면이다.
도 5, 도 6a 내지 도 6b, 도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 집중 구조를 포함하여 인쇄 회로 기판에 구성된 다양한 수신 코일부를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 코일부와 무선 전력 수신 회로부의 배치를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 코일부를 구성하는 다른 구조를 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 수신 장치의 구현예를 도시하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 코일 구조물에 대한 예시적인 실시 형태들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(10)은, 무선 전력 송신 장치(200)에서 무선 전력 수신 장치(100)로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 시스템(10)으로서, 송신 코일(211)을 구비하는 무선 전력 송신 장치(200) 및 인쇄 회로 기판(300)에 실장되는 무선 전력 수신 회로부(120) 및 상기 무선 전력 송신 장치(200)에서 전송되는 전력을 수신하여 상기 무선 전력 수신 회로부(120)로 제공하는 수신 코일부(110)를 포함하는 무선 전력 수신 장치(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(10)에서는, 상기 무선 전력 수신 장치(100)의 수신 코일부(110)를 무선 전력 수신 회로부(120)와 통합하여 제작할 수 있어, 인쇄 회로 기판(300)의 활용성을 증가시키고 회로 크기를 최소화하여 제작할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서 상기 수신 코일부(110)는, 상기 무선 전력 송신 장치(200)의 송신 코일(211)에서 전송되는 전력을 수신하는 수신 코일(111)과, 상기 수신 코일(111)에 인접하게 배치되어 최소한 일부 영역에서 상기 송신 코일(211)의 전류 방향과 동일한 방향으로 전류가 형성되면서 상기 수신 코일(111)로 자기장이 집중되도록 하는 자기장 집중 구조체(112)를 구비할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(10)에서는, 자기장을 집중하도록 할 수 있어 무선 전력 전송 효율을 개선할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 도 2에서는 상기 자기장 집중 구조체(112)를 인쇄 기판 회로(300)에 수신 코일(111)과 함께 인쇄하여 제작한 경우를 예시하고 있다(예를 들어, 식각 공정 등을 통해).
그러나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 수신 코일(111)을 상기 인쇄 회로 기판에 구현하고, 상기 자기장 집중 구조체(112)는 금속판 등으로 별도로 제작하여 부착하는 등 경우에 따라서는 다양한 방법으로 구현하는 것도 가능하다.
또한, 도 2를 참조하여 보다 자세히 살펴보면, 1차 코일(예를 들어, 무선 전력 송신 장치(200)의 송신 코일(211))에 시변 전류가 인가되면 자기장이 생성된다. 이때, 도 2에서는 1차 코일을 두 턴을 갖는 원형 루프 구조로 가정하였으며, 복수 턴을 갖는 원형 루프 코일은 도 2와 같이 독립된 루프 코일로 등가화할 수 있다. 이와 같이, 1차 코일에 시변 전류가 인가되면 도 2와 같이 1차 코일에 전류가 흐르면서 자기장이 생성된다. 이에 따라, 생성된 자기장은 상기 무선 전력 수신 장치(100)의 자기장 집중 구조체(112)에서 와류 전류를 생성하거나, 일부는 직접 2차 코일(예를 들어, 무선 전력 수신 장치(100)의 수신 코일(111))에 전압을 유도하게 된다.
이때, 상기 자기장 집중 구조체(112)(C-type metal structure)에 의해서 생성된 와류 전류는 전류의 연속성에 의하여 도 2와 같이 전류가 생성된다. 또한, 생성된 와류 전류의 방향은 1차 코일의 전류 방향과 동일하다. 자기장 집중 구조체(112)에서 생성된 와류 전류는 내부(inner) 영역의 경계면을 따라 자기장 집중 구조체에 인가되는 자기장에 의해서 유도되어 흐르게 된다. 상기 와류 전류는 자기장 집중 구조체(112)의 상부(Top) 부분의 내부(inner) 영역의 경계면에도 흐르게 된다. 이에 따라, 상기 와류 전류는 다시 자기장을 생성하면서 상기 2차 코일에 전압을 유도하게 된다.
특히, 상기 내부(inner) 영역보다 외부(outer) 영역의 넓이가 더 넓고, 외부(outer) 영역이 1차 코일의 넓이 보다 넓다면, 상기 외부(outer) 영역에는 1차 코일에 의해서 생성되는 대부분의 자기장이 자기장 집중 구조체(112)에 입사되고, 이에 따라, 보다 강한 전류가 내부(inner) 영역의 가장 자리를 따라 흐르게 되며, 이로 인해 내부(inner) 영역의 가장 자리를 따라 유도된 전류에 의해 2차 코일에서는 상호 인덕턴스가 증가되는 현상이 발생하며, 나아가 1차 코일과 2차 코일 사이의 전송 효율도 개선할 수 있게 된다.
즉, 자기장 집중 구조체(112)가 없을 경우에는 1차 코일에서 생성된 자기장의 일부만이 2차 코일로 쇄교되어, 2차 코일에 전압을 유도하게 되나, 자기장 집중 구조체(112)를 구비하는 경우에는 상기 1차 코일에서 생성되는 자기장의 대부분이 상기 자기장 집중 구조체(112)에 입사되어 와류 전류를 생성하게 된다. 이에 따라, 내부(Inner) 영역의 가장자리를 따라 더 센 전류가 흐르게 되고, 또한 더 큰 자기장이 내부(inner) 영역을 통하여 직접 2차 코일에 유기된 자기장과 합산되면서 자기장이 증폭될 수 있다. 따라서, 상기 자기장 집중 구조체(112)가 없는 경우에는 받을 수 없는 자기장까지 상기 2차 코일에서 받을 수 있게 되어 전송 효율이 개선될 수 있다.
이때, 상기 자기장 집중 구조체(112)는 1차 코일과 2차 코일 사이에 둘 수도 있지만, 1차 코일 2차 코일의 뒤에도 놓일 수 있다(도 5a 및 도 5b 참조).
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 코일부(110)는 앞서 살핀 바와 같이 상호 결합(mutual coupling)을 증가시켜 효율을 향상할 수 있을 뿐만 아니라, 인쇄 회로 기판(300)을 중심으로 자기장의 입사 방향이 윗면 또는 아래면인 경우를 포함하여 입사 방향과 무관하게 전력을 전송할 수 있게 된다.
이어서, 도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 집중 구조체(112)에 대해서 보다 자세하게 살핀다.
먼저, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 상기 자기장 집중 구조체(112)는 도전체(1121)를 구비하여 구성되고, 상기 도전체(1121)의 일부 내부 영역이 개방된 내부 개구부(1122)를 가지며, 상기 도전체(1121)의 일부가 개방되어 상기 도전체(1121)의 외부 영역과 상기 내부 영역을 연결하는 연결부(1123)를 구비하여 구성될 수 있다.
또한, 도 4a에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 자기장 집중 구조(112)는 원형(도 4a의 (a)) 또는 사각형(도 4a의 (b)) 등 다양한 형상의 내부 개구부(112)를 가질 수 있으며, 상기 도전체(1121)의 외부 형상도 다양하게 구현될 수 있다.
나아가, 도 4a에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 연결부(1123)가 일정한 간격(도 4a에서 "g")을 가지는 형상으로 구현할 수도 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 3과 같은 "C"형상 금속 구조(C-type metal structure) 자기장 집중 구조체(112)에서의 와류 전류에 대한 해석 자료는 앞서 언급한 (참조문헌 1)에서 확인할 수 있다.
이때, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, "C"형상 금속 구조(C-type metal structure) 자기장 집중 구조체(112)에 시변 자기장이 입사되면, 도전체(1121)의 표면에서는 와류 전류가 만들어진다. 이때, 상기 와류 전류는 상기 도전체(1121)의 외곽을 따라 흐르게 된다. 이때, 도 3에서 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 도전체(1121)의 외곽 가장자리를 따라 흐르는 전류의 방향과 내부 가장자리를 흐르는 전류의 방향은 반대가 됨을 알 수 있다.
따라서, 상기 "C"형상 금속 구조(C-type metal structure) 자기장 집중 구조체(112)는 시변 자기장이 인가될 경우, 외곽 가장자리를 따라 흐르는 전류와 내부 가장자리로 흐르는 전류 방향이 반대가 되는 구조이다.
또한, 상기 외부(outer) 영역과 내부(inner) 영역의 가장자리를 따라 흐르는 전류는 연속적이어야 한다. 나아가, 상기 외부 영역의 가장자리와 내부 영역의 가장자리 사이는 와류 전류로 인하여 전류가 흐르지 않고 가장자리에서만 흐르게 된다.
특히, 본 발명에서는 자기장을 생성하는 1차 코일(예를 들어, 송신 코일(211))의 전류 방향과 상기 자기장 집중 구조체(112)의 내부 가장 자리 영역를 따라 흐르는 전류 방향은 동일할 수 있으며, 이에 따라 상기 1차 코일에서 생성되는 자기장을 내부 개구부(1122)를 통해 집중시키거나 또는 증폭시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 자기장 집주 구조체(112)의 내부 개구부(1122)에 인접하여 구비되는 2차 코일(예를 들어, 수신 코일(111)로 자기장을 집중시키는 기능을 수행할 수 있게 된다.
이에 반하여, 일반적인 금속 평판 구조에서 표면에 유도된 와류 전류는 금속판의 저항에 의해서 열을 발생시키기도 하며, 일부는 최외각을 따라 흐르기도 한다. 따라서, 금속 평판 양쪽에 코일이 놓이면 효과적인 전력 전송이 일어나지 못한다.
보다 구체적으로, 도 4a에는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 형상의 자기장 집중 구조체(112)를 예시하고 있다.
먼저, 도 4a의 좌측은 내부 형상은 원형 구조이고 외부 형상은 사각 구조인 경우를 예시하고 있으며, 우측은 내부 형상과 외부 형상이 모두 사각 구조인 경우를 예시하고 있다. 상기 내부 형상이 원형 구조인 경우에서 D는 지름을 말하며, 상기 내부 형상이 사각 구조인 경우에서 W은 한 변의 폭을 나타낸다.
또한, 상기 자기장 집중 구조체(112)의 내부 형상은 결합될 코일의 형상에 따라 달라질 수 있다. 즉, 원형 코일에 대해서는 내부 형상도 원형 구조가 적합하고, 사각 패턴의 코일에 대해서는 내부 형상도 사각 구조로 하는 것이 적합하다. 또한, 상기 자기장 집중 구조체(112)의 외부 형상은 실장 위치, 결합될 코일의 형상 등을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 도 4b를 보면, 원형 코일을 사용할 경우(도 4b의 (a)), 자기장 집중 구조체(112)의 내부 형상을 원형 구조로 구성하여, 원형 코일과 자기장 집중 구조체(112)를 결합한 구조이다. 이때, 상기 원형 코일은 복수의 턴수를 가지는 구조이며, 가장 내부 원형 루프의 직경이 R_i이고 최외곽 원형 루프의 직경은 R_o인 경우이다. 이때, 상기 코일의 크기, 턴수에 따라, 다양한 크기의 자기장 집중 구조체(112)에 대한 설계가 가능하다. 그러나, 전력 전송 효율 등을 고려할 때, 자기장 집중 구조체(112)의 외부 직경은 상기 코일의 최외곽 직경보다 크게 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 자기장 집중 구조체(112)의 내부 원형 직경은 상기 코일의 가장 내부 루프의 직경 보다는 크게 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 4b의 (b)에서는 코일이 사각 형상이며, 자기장 집중 구조체(112)의 내부 형상이 사각인 구조를 예시하고 있다. 이때, 상기 사각 형상의 코일은 복수 턴을 가지며, 가장 내부 사각 루프의 폭은 W_i이고 최외곽 루프의 폭은 W_o인 경우이다. 이때, 상기 코일의 크기, 턴수에 따라, 다양한 크기의 자기장 집중 구조체(112)에 대한 설계가 가능하다. 그러나, 그러나, 전력 전송 효율 등을 고려할 때, 자기장 집중 구조체(112)의 외부 직경은 상기 코일의 최외각 직경보다 크게 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 자기장 집중 구조체(112)의 내부 사각 형상의 폭은 상기 코일의 가장 내부 루프의 직경 보다는 크게 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 5, 도 6a 내지 도 6b에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 집중 구조체(112)를 포함하여 인쇄 회로 기판(300)에 구성된 다양한 수신 코일부(110)를 예시하고 있습니다.
먼저, 도 5에서는 단면 인쇄 회로 기판에 구성된 대한 수신 코일부(110)를 예시하고 있다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상측 또는 하측 어느 방향에서 자기장이 입사되더라도 수신 코일(111)에서는 전압이 유도될 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 자기장 집중 구조체(112)에 의하여 상기 수신 코일(111) 주변에 형성되는 자기장이 차폐되면서 상기 내부 개구부(1122)로 상기 자기장이 집중되어 통과하게 될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 자기장 집중 구조체(112)의 사용으로 상기 수신 코일(111)의 주변에 생성되는 전자파를 억제하는 전자파의 차폐 효과를 얻을 수도 있다. 이때, 상기 자기장 집중 구조체(112)는 상기 수신 코일(111)의 주변에 형성되는 자기장을 상기 자기장 집중 구조체(112)의 금속 표면에 수신하여 외부로 전자파가 나가지 못하게 하면서, 대신에 내부 개구부(1122)로만 전자파가 통과하도록 하게 된다.
나아가, 전자파 차폐 효과를 얻기 위해서 상기 자기장 집중 구조체(112)를 상기 수신 코일(111)의 앞면 또는 뒷면에 상기 수신 코일(111)과 일정 간격을 두고 배치할 수 있으며, 인쇄 기판 회로의 경우는 상기 자기장 집중 구조체(112)와 수신 코일(111)을 일체형으로 보다 쉽게 제작할 수 있다.
특히, 상기 자기장 집중 구조체(112)와 자기장 차폐부(113)를 결합할 경우에 무선 전력 전송 효율의 감소를 억제하면서 전자파의 차폐 효과를 얻을 수도 있다.
보다 구체적으로, 도 5의 (a)는 상기 자기장 집중 구조체(112)가 수신 코일(111)의 하부에 배치되는 구조이며, 상기 자기장 집중 구조체(112)로 인하여 입사되는 자기장이 상기 자기장 집중 구조체(112)의 후방으로 빠져나가는 것을 막아주는 차폐의 특성도 가지고 있다. 이때, 상기 자기장 집중 구조체(112)의 내부 개구부(1122)의 크기를 상기 자기장을 생성하는 코일의 크기를 고려하여 조절하여 줌으로써 보다 전력 전송 효율을 높이는 것도 가능하다.
또한, 도 6a에서는 다층 인쇄 회로 기판에서 복수 층을 갖는 구조에 대한 구성 예로서, 상기 자기장 집중 구조체(112)는 최소한 하나 이상의 층에 존재하면 된다.
이에 따라, 도 6a에서 볼 수 있는 바와 같이 다양한 층에 수신 코일(111)과 자기장 집중 구조체(112)가 배치되도록 구현될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 6b에서는 다층에 제작된 수신 코일을 비아(via)로 연결하는 구조를 예시하고 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 본 발명에서는 복수의 코일을 직렬 또는 병렬로 연결되게 하여, 자기(Self) 인덕턴스를 증가시키거나, 상호(Mutual) 인덕턴스를 증가시킬 수 있으며, 또는 복수의 코일을 병렬로 연결하여 손실 저항을 낮출 수 있도록 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 도 7a에서 볼 수 있는 바와 같이, 다양한 수신 코일을 가지는 제2 인쇄 회로 기판(320)을 제작한 후, 자기장 집중 구조체(112)가 구비된 제1 인쇄 회로 기판(310)에 접착하여 다양한 조합의 수신 코일부(110)를 구성할 수도 있다.
나아가, 본 발명에서는, 도 7b에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 인쇄 회로 기판(300)의 일측에 자기장을 차폐하는 자기장 차폐부(113)가 구비되는 구조로 상기 수신 코일부(110)를 구성할 수도 있다.
또한, 다층 인쇄 회로 기판(300)의 경우, 접지(GND)면으로 자기장 집중 구조체(112)를 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(10)에서, 상기 수신 코일부(110)는 상기 인쇄 회로 기판(300)에 인쇄되어 상기 무선 전력 수신 회로부(120)와 일체형으로 제작될 수 있다.
아래에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 일체형으로 제작된 회로 보드의 실제 구성예에 대하여 살핀다.
보다 구체적으로, 도 8에서는 수신 코일부(110)와 무선 전력 수신 회로부(120)의 배치에 대한 실시예를 설명하고 있다.
도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 다층 기판 구조를 사용하는 경우 인쇄 회로 기판(300)에 제작된 수신 코일부(110)는 무선 전력 수신 회로부(120)와 인접한 곳에 배치될 수 있다.
보다 구체적인 실시예로서, 본 발명에서는 무선 전력 수신 회로부(120)와 수신 코일부(110)가 일체형으로 제작된 무선 충전 모듈을 구성하는 것도 가능하다.
이때, 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 인쇄 회로 기판(300)에서 상기 수신 코일부(110)는 상기 무선 전력 수신 회로부(120)와 분리되어 제작될 수 있다. 이를 위하여 비아 등으로 차폐 구조물(130)을 구성하는 등, 도 8에 도시된 바와 같이 다양한 방법으로 구현하는 것이 가능하다.
또한, 다층 인쇄 회로 기판(300)의 경우, 접지(GND)면으로 자기장 집중 구조체(112)를 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 각각의 수신 코일부(110)를 통해 각각의 부하로 전력을 전달할 수 있으며, 이를 통해 복수개의 부하에 전력을 전달하는 것도 가능하다.
또한, 도 9에서는 다양한 방법으로 제작된 무선 전력 전송을 위한 수신 코일(111)을 자기장 집중 구조체(112)를 이용해 무선 전력 수신 회로부(120)와 결합시키는 구조를 예시하고 있다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 수신 코일부(110)를 무선 전력 수신 회로부(120)와 일체형으로 제작하는 것도 가능하지만, 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 자기장 집중 구조체(112)는 무선 전력 수신 회로부(120)가 실장된 제1 인쇄 회로 기판(310)에 있고, 수신 코일(111)은 분리된 제2 인쇄 회로 기판(320)으로 제작하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 상기 수신 코일(111)을 상기 자기장 집중 구조체(112)로 부착하여, 상기 수신 코일부(110)와 무선 전력 수신 회로부(120)가 일체화된 구조로 제작할 수 있다.
일반적으로 수신 코일(111)을 무선 전력 수신 회로부(120)에 직접 결합하고자 할 경우, 상기 무선 전력 수신 회로부(120)의 영향으로 인하여 상기 수신 코일(111)에 차폐제를 추가로 사용하여야 하지만, 상기 구조에서는 별도의 차폐제 사용 없이도 전송 효율을 유지할 수 있으며, 차폐제 등이 사용되지 않고, 인쇄 회로 기판(300)에서도 수신 코일(111)의 성능 유지를 위한 최소한의 넓이만 필요하기 때문에 수신 코일(111)이 차지하는 영역을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 앞에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)를 중심으로 설명하였으나, 본 발명은 무선 전력 송신 장치(200)로서 구현하는 것도 가능하다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(200)는, 무선 전력 전송 시스템(10)에서 무선 전력 수신 장치(100)로 전력을 송신하는 무선 전력 송신 장치(200)로서, 인쇄 회로 기판(300)에 실장되는 무선 전력 송신 회로부(미도시); 및 상기 무선 전력 송신 회로부(미도시)에서 제공되는 전력을 상기 무선 전력 수신장치(100)로 전송하는 송신 코일부(미도시)를 포함하여 구성되며, 상기 송신 코일부(미도시)는, 상기 무선 전력 수신 장치(100)의 수신 코일(111)로 전송되는 전력을 송신하는 송신 코일(211)과, 상기 송신 코일(211)에 인접하게 배치되어 최소한 일부 영역에서 상기 수신 코일(111)의 전류 방향과 동일한 방향으로 전류가 형성되면서 상기 송신 코일(211)로 자기장이 집중되도록 하는 자기장 집중 구조체(112)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(200)는, 앞서 설명한 무선 전력 수신 장치(100)의 구조 및 동작을 참조하여 상반 작용의 원리(reciprocal theory)에 따라 통상의 기술자가 어렵지 않게 구현 가능하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
또한, 도 10에서는, 귀걸이형 생체신호 모니터링 장치에 무선 전력 전송 기능을 추가한 회로 보드의 모양과 기기를 예시하고 있다. 생체신호 모니터링 장치는 귓속에 체온과 맥박을 측정할 수 있는 센서를 활용하여 비접촉으로 생체 신호 정보를 무선으로 모니터링 할 수 있는 기기이다. 이때, 생체신호 모니터링 기기는 무선 충전을 위하여 정류 회로(121)와 충전 회로(122)가 필요하며, 블루투스 통신을 통하여 데이터를 무선으로 전송할 수 있다.
이때, 도 10에서는 귀걸이형 생체신호 기기에 무선 전력을 전송하는 경우(LED ON)를 보여주고 있으며(도 10의 (a)), 기기에 내장된 회로 보드의 윗면 아래면 사진(도 10의 (b)) 및 무선 전력 전송을 위한 자기장 집중 구조체(112)와 수신 코일(111)의 사진(도 10의 (c))을 예시하고 있다.
이때, 회로 보드에 설계된 자기장 집중 구조체(112)에 수신 코일(111)이 결합되어 있는 것을 확인할 수 있다. 만약, 자기장 집중 구조체(112)를 사용하지 않고 수신 코일(111)을 전자 회로와 결합할 경우에는, 상기 전자 회로에 구비되는 금속에 의하여 유도된 와류 전류에 의한 효율 감소를 최소화하기 위하여 전자 회로 보드와 결합을 위해 상기 수신 코일부(110)를 위한 넓은 면적이 요구되거나, 또는 자성체 등을 사용하여야 하는 문제가 있으나, 본 발명에서는 회로 보드에 추가적인 면적이 필요하지도 않으며, 차폐제 등을 사용하지 않고도 전송 효율을 확보하면서 수신 코일부(110)를 무선 전력 수신 회로부(120)와 일체형으로 소형화하여 제작할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 송신 장치로부터 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    인쇄 회로 기판에 실장되는 무선 전력 수신 회로부; 및
    상기 무선 전력 송신 장치에서 전송되는 전력을 수신하여 상기 무선 전력 수신 회로부로 제공하는 수신 코일부;를 포함하여 구성되며,
    상기 수신 코일부는,
    상기 무선 전력 송신 장치의 송신 코일에서 전송되는 전력을 수신하는 수신 코일과, 상기 수신 코일에 인접하게 배치되어 최소한 일부 영역에서 상기 송신 코일의 전류 방향과 동일한 방향으로 전류가 형성되는 자기장 집중 구조체를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신 코일부는 상기 인쇄 회로 기판에 인쇄되어 상기 무선 전력 수신 회로부와 일체형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 집중 구조체는 도전체를 구비하여 구성되고,
    상기 도전체의 일부 내부 영역이 개방된 내부 개구부를 가지며,
    상기 도전체의 일부가 개방되어 상기 도전체의 외부 영역과 상기 내부 영역을 연결하는 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자기장 집중 구조체에서 상기 도전체의 내부 개구부의 직경은 상기 수신 코일의 외부 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 자기장 집중 구조체에서 상기 도전체의 내부 개구부의 직경은 상기 수신 코일의 내부 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 자기장 집중 구조체에서 상기 도전체의 외부 직경은 상기 수신 코일의 외부 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 자기장 집중 구조체에서 상기 도전체의 외부 직경은 상기 송신 코일의 외부 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 자기장 집중 구조체에서 상기 도전체는 상기 인쇄 회로 기판의 복수 층에 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 자기장 집중 구조체에서 상기 수신 코일은 다층 기판인 상기 인쇄 회로 기판의 복수 층에 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 자기장 집중 구조체에 의하여 상기 수신 코일부 주변에 형성되는 자기장이 차폐되면서 상기 내부 개구부로 상기 자기장이 집중되어 통과하게 되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판의 일측에는 자기장을 차폐하는 자기장 차폐부가 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판은 별도로 제작된 복수의 인쇄 회로 기판이 접착되어 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판에는,
    상기 무선 전력 수신 회로부와 상기 수신 코일부의 영역을 구분하여 차폐하기 위한 차폐 구조물이 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
  14. 무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 수신 장치로 전력을 송신하는 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    인쇄 회로 기판에 실장되는 무선 전력 송신 회로부; 및
    상기 무선 전력 송신 회로부에서 제공되는 전력을 상기 무선 전력 수신장치로 전송하는 송신 코일부;를 포함하여 구성되며,
    상기 송신 코일부는,
    상기 무선 전력 수신 장치의 수신 코일로 전송되는 전력을 송신하는 송신 코일과, 상기 송신 코일에 인접하게 배치되어 최소한 일부 영역에서 상기 수신 코일의 전류 방향과 동일한 방향으로 전류가 형성되는 자기장 집중 구조체를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신 장치.
  15. 무선 전력 송신 장치에서 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서,
    송신 코일을 구비하는 무선 전력 송신 장치; 및
    인쇄 회로 기판에 실장되는 무선 전력 수신 회로부; 및
    상기 무선 전력 송신 장치에서 전송되는 전력을 수신하여 상기 무선 전력 수신 회로부로 제공하는 수신 코일부;를 포함하는 무선 전력 수신 장치;를 포함하여 구성되며,
    상기 수신 코일부는,
    상기 무선 전력 송신 장치의 송신 코일에서 전송되는 전력을 수신하는 수신 코일과, 상기 수신 코일에 인접하게 배치되어 최소한 일부 영역에서 상기 송신 코일의 전류 방향과 동일한 방향으로 전류가 형성되는 자기장 집중 구조체를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
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