WO2023013823A1 - 에너지 공급장치 - Google Patents

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WO2023013823A1
WO2023013823A1 PCT/KR2021/016600 KR2021016600W WO2023013823A1 WO 2023013823 A1 WO2023013823 A1 WO 2023013823A1 KR 2021016600 W KR2021016600 W KR 2021016600W WO 2023013823 A1 WO2023013823 A1 WO 2023013823A1
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coils
energy supply
supply device
coil
magnetic core
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PCT/KR2021/016600
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니시쿠리노부하루
오노마사키
소다야스시
오사코세이사쿠
오타와라마사유키
가나가와도모유키
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삼성전자 주식회사
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    • H05B6/02—Induction heating
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers

Definitions

  • the present invention relates to an energy supply device capable of supplying energy to an object in a non-contact manner.
  • an energy supply device that supplies energy such as heat or power to an object in a non-contact manner using an induced current by a high-frequency magnetic field.
  • an energy supply device for example, by arranging a plurality of circular coils (pancake coils) in an array form under a top plate on which a heating object or a power supply object is placed, heating or power supply can be performed in a non-contact manner at an arbitrary position on the top plate.
  • a device that enables this is disclosed.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and in an energy supply device capable of supplying energy to an object in a non-contact manner, a main problem is to suppress a decrease in energy supply efficiency between a plurality of coils.
  • the energy supply device is an energy supply device capable of supplying energy to an object in a non-contact manner, and is connected to a top plate on which the object is placed and a power source, and is disposed under the top plate to supply energy to the object.
  • a plurality of coils are provided, and the plurality of coils are of a solenoid type configured by winding a conductive wire around a magnetic core, and the magnetic core is common among a plurality of coils adjacent to each other.
  • each coil is of a solenoid type and the magnetic core is shared between a plurality of adjacent coils, a magnetic flux path is also formed between the coils when each coil is magnetized can do.
  • a magnetic flux path is also formed between the coils when each coil is magnetized can do.
  • the plurality of coils are arranged in a two-dimensional array.
  • a plurality of coils sharing the magnetic core are arranged in a row to form a coil array, and a coil array is provided in a plurality of rows.
  • the plurality of coil arrays may be arranged such that coils in adjacent rows are staggered.
  • the energy supply device includes a plurality of inverters for supplying high-frequency power to the plurality of coils, and the inverters are individually connected to each of the plurality of coils sharing the magnetic core.
  • the energy supply device is configured to individually change the direction of the magnetic flux generated from the plurality of coils by individually changing the direction of the current flowing through the plurality of coils.
  • the object is heated by turning the directions of magnetic fluxes generated from neighboring coils in opposite directions to each other. .
  • the object has a load and a secondary coil connected to the load, and magnetic resonance is performed between the plurality of coils and the secondary coil of the object disposed opposite to the plurality of coils, so that the object It may be configured to transmit power to the
  • the energy supply device in the plurality of coils sharing the magnetic core, it is configured to supply power to the object by aligning the direction of the magnetic flux generated from the coils adjacent to each other. there is.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of an energy supply device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of an energy supply device according to an embodiment.
  • FIG. 3 is an exploded view schematically illustrating a configuration of a coil array according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a circuit configuration of a coil array according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a circuit configuration of a coil array according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a heating operation of an energy supply device according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a power feeding operation of an energy supply device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a power feeding operation of an energy supply device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a circuit configuration of an energy supply device and a power supply object according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a coil array according to another embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a coil array according to another embodiment.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a coil array according to another embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of an energy supply device according to an embodiment
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing a configuration of an energy supply device according to an embodiment
  • FIG. 3 is a coil array according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a circuit configuration of a coil array according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a circuit configuration of a coil array according to an exemplary embodiment.
  • the energy supply device 100 of this embodiment supplies energy to the object 200 in a non-contact manner based on the principle of electromagnetic induction.
  • the energy supply device 100 is used, for example, in a kitchen to induction heat metal cooking utensils such as pots and pans, or to wirelessly supply power to electric devices such as electric kettles. it will be used
  • the energy supply device 100 is disposed under a top plate 1 on which an object 200 such as a cooking utensil or an electric appliance is placed, and the top plate 1, so that the object 200 ), a plurality of coils 2 for supplying energy, an inverter 3 for flowing AC current through the plurality of coils 2, and a control unit 4 for controlling the inverter 3.
  • the energy supply device 100 is configured to perform both an induction heating operation for induction heating of cooking utensils and a power supply operation for performing wireless power supply for electric appliances, and to selectively switch between operations by user's manipulation. there is.
  • the top plate 1 has a plate shape having a flat placement surface 11 on which an object 200 is placed.
  • the top plate 1 is made of, for example, an electrical insulating material such as glass or ceramic.
  • the plurality of coils 2 function as heating coils during induction heating operation, and function as power supply coils during power supply operation.
  • the plurality of coils 2 are arranged on the rear side of the placement surface 11 (lower side of the top plate 1), and all of the magnetic cores 21 made of a magnetic material such as ferrite (here integral) It is a solenoid type composed by winding a wire 22 around water).
  • each coil 2 is configured so that its conducting wire 22 is wound around an axis orthogonal to the mounting surface 11 . That is, each coil 2 is set so that its axis is parallel to the vertical direction.
  • the plurality of coils 2 are all of the same shape and size, and are arranged to form a two-dimensional array when viewed from above, as shown in FIG. 2 .
  • each coil array 2A is arranged such that coils 2 of adjacent rows are staggered.
  • the magnetic core 21 is shared among a plurality of coils 2 adjacent to each other. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3 , in each coil array 2A, the magnetic core 21 is common among a plurality of coils 2 constituting a row. That is, a plurality of coils 2 are formed by winding a plurality of conducting wires 22 at different positions around one magnetic core 21 .
  • each coil array 2A forms a long plate shape extending along the arrangement direction of the coils 2, as shown in FIG. 3, and the placement surface 11 ), a plurality of wound portions 212 around which the conducting wire 22 is wound are formed on one surface 211 facing the side.
  • Each of the wrapped portions 212 is constituted by convex portions protruding toward the top plate 1, and are provided at equal intervals along the arrangement direction.
  • the inverter 3 is connected to the power source and the coil 2, converts the AC voltage supplied from the power source into an arbitrary frequency, and outputs it to the coil 2.
  • the energy supply device 100 of this embodiment includes a plurality of inverters 3 respectively corresponding to a plurality of coils 2 . More specifically, as shown in Figs. 4 and 5, at least in each coil array 2A, a plurality of coils 2 are individually connected to corresponding inverters 3, respectively.
  • the inverter 3 is connected so that it responds one-to-one with respect to all the coils 2 arrange
  • a resonance capacitor 5 is connected in series to each coil 2, and a resonance circuit (LC series resonance circuit) is formed.
  • Common driving circuits such as a driver, an IC (integrated circuit), a snubber circuit/shunt circuit, and the like may be connected to each coil 2 .
  • the controller 4 is a computer equipped with a CPU, memory, input means, etc., and functions to individually control each inverter 3 by operating according to a predetermined program stored in the memory.
  • control unit 4 individually controls the operation of each inverter 3 connected to each coil 2, so that the current flowing in each coil 2 is turned on/off, the frequency (for example, 10 kHz to 100 kHz) up to the high frequency band of ), phase and voltage are configured to be individually adjustable. Further, the controller 4 is configured to individually change the direction of the magnetic flux generated from each coil 2 by changing the direction of the current flowing through each coil 2 . Furthermore, the controller 4 is configured to detect the position and size of the object 200 placed on the top plate 1 .
  • control unit 4 as its control mode, an induction heating mode for controlling each inverter 3 to induction heat the object 200 placed on the top plate 1, and each inverter to supply power to the object 200 It is possible to take a power supply mode that controls (3). Each mode is explained.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a heating operation of an energy supply device according to an embodiment.
  • the control unit 4 controls each inverter 3 so that the directions of magnetic flux generated from the coils 2 adjacent to each other are reverse to each other, as shown in FIG. 6(a). More specifically, the directions of the current flowing through the coils 2 adjacent to each other in each coil array 2A are reversed, so that the directions of the magnetic fluxes generated from the coils 2 are reversed.
  • the controller 4 selectively energizes only the coil 2 located directly below the object 200 placed on the top plate 1. In the induction heating mode, the controller 4 controls each inverter 3 so that a high-frequency current of 10 kHz or higher flows through each coil 2 .
  • each coil 2 constituting the coil array 2A shares the magnetic core 21, a plurality of coils 2 within the magnetic core 21 Since the magnetic path is formed by crossing the coil 2, a strong magnetic field can be generated between the coils 2 to widen the heating area.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a power supply operation of an energy supply device according to an embodiment
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a power supply operation of an energy supply device according to an embodiment
  • FIG. 9 is a diagram according to an embodiment. It is a diagram schematically showing the circuit configuration of the energy supply device and the power supply object.
  • the controller 4 controls each inverter 3 to match the direction of magnetic flux generated from each coil 2 in the coil array 2A, as shown in FIG. 7 . More specifically, the inverters 3 are configured so that the directions of the currents flowing through the coils 2 in each coil array 2A are the same, and the directions of the magnetic fluxes generated from the coils 2 are the same. Control. Further, in the power supply mode, each inverter 3 is controlled so that the directions of magnetic flux generated from each coil 2 of the adjacent coil array 2A are opposite to each other. In addition, the controller 4 selectively energizes only the coil 2 located directly below the object 200 placed on the top plate 1. Also, in the power supply mode, the controller 4 controls each inverter 3 so that the high-frequency current flows through each coil 2 . AC voltage is applied to each coil 2 from the inverter 3 to generate an oscillating magnetic field.
  • each coil 2 constituting each coil array 2A shares the magnetic core 21, even if the position or size of the object 200 is changed, By selecting the coil 2 to be driven, it is possible to configure a magnetic path that is optimal for power supply.
  • the object 200 capable of supplying power in the power supply mode for example, a load 220 such as an electric heater, and a power receiving unit 210 that receives power transmitted from the energy supply device 100 and outputs it to the load 220
  • the power receiving unit 210 includes a secondary resonant circuit 211 generating an AC voltage by self-resonance with the resonant circuit of the energy supply device 100, and a secondary resonant circuit 211 ) may be provided with a voltage conversion circuit 212 that converts the AC voltage output from the desired voltage and supplies it to the load 220 .
  • the energy supply device 100 includes a coil 2 (primary side coil 2) under the top plate 1 and a power supply object 200 with respect to the object 200 having the power receiving unit 210. Power can be transmitted by making the secondary side coils 211a opposed to each other and allowing magnetic resonance at a high frequency resonant frequency.
  • the secondary side coil 211a is formed to form a circle when viewed from above.
  • each coil 2 is of a solenoid type, and the magnetic core 21 is shared among the plurality of coils 2 in each coil array 2A. Since each coil 2 is excited, a magnetic path can be formed between the coils 2 as well. As a result, a decrease in energy supply efficiency between the coils 2 can be suppressed, and a variation in energy supply efficiency on the top plate 1 can be suppressed. As a result, since there is no need to precisely adjust the position of the object 200 placed on the top plate 1, user convenience can be improved.
  • the plurality of coils 2 are arranged in a two-dimensional array, energy can be supplied to the object 200 in a wide range on the top plate 1 . Since the user can heat or power the object 200 at a desired location on the top plate 1, user convenience can be further improved.
  • each coil 2 is configured by winding a wire 22 around a magnetic core 21 so that its axis is parallel to the vertical direction, but is not limited thereto.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a coil array according to another embodiment.
  • each coil 2 may be configured by winding a wire 22 around a magnetic core 21 so that its axis is parallel to the horizontal direction.
  • the magnetic core 21 shared by the plurality of coils 2 is made of an integral body, but is not limited thereto.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a coil array according to another embodiment.
  • the magnetic core 21 common to the plurality of coils 2 may be configured by connecting a plurality of blocks 21a of magnetic materials having a T-shaped cross section.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a coil array according to another embodiment.
  • the coil 2 of another embodiment may use a thin (sheet-shaped) magnetic core 21 .
  • each coil array 2A may not be arranged so that the coils 2 are staggered. Also, the number of coil arrays 2A arranged under the top plate 1 or the number of coils 2 included in each coil array 2A may be appropriately changed.

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Abstract

대상물에 비접촉으로 에너지를 공급할 수 있는 에너지 공급장치에 있어서, 복수의 코일 사이에서의 에너지 공급 효율의 저하를 억제한다. 대상물에 비접촉으로 에너지를 공급할 수 있는 에너지 공급장치로서, 상기 대상물이 배치되는 탑 플레이트와, 전원에 접속됨과 아울러 상기 탑 플레이트 아래에 배치되어 상기 대상물로 에너지를 공급하는 복수의 코일을 포함하고, 상기 복수의 코일이, 자성 코어에 도선을 감아 구성한 솔레노이드형의 것이고, 서로 이웃하는 복수의 상기 코일 사이에서 상기 자성 코어가 공용화되어 있는 에너지 공급장치를 제공한다.

Description

에너지 공급장치
본 발명은 대상물에 비접촉으로 에너지를 공급할 수 있는 에너지 공급장치에 관한 것이다.
종래에 고주파 자계에 의한 유도 전류를 이용하여 대상물에 대해서 열이나 전력 등의 에너지를 비접촉으로 공급하는 에너지 공급장치가 알려져 있다. 이러한 에너지 공급장치로서, 예를 들어 가열 대상물이나 급전 대상물이 놓여지는 탑 플레이트 아래에 복수의 원형 코일(팬케이크 코일)을 어레이형으로 배치함으로써 상판 위의 임의의 위치에서 가열이나 급전을 비접촉으로 수행할 수 있도록 한 장치가 개시되어 있다.
원형 코일을 나란히 배치한 에너지 공급장치의 경우에는 코일들 사이에서의 에너지 공급 효율이 코일 바로 위쪽에 비해 상대적으로 낮다. 이 때문에 유저는 대상물을 효율적으로 가열/급전하기 위해서는 상판 위에 놓여진 대상물의 위치를 정확하게 조정할 필요가 있어 불편하였다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 대상물에 비접촉으로 에너지를 공급할 수 있는 에너지 공급장치에 있어서, 복수의 코일 사이에서의 에너지 공급 효율의 저하를 억제하는 것을 주된 과제로 하는 것이다.
즉 본 발명에 따른 에너지 공급장치는 대상물에 비접촉으로 에너지를 공급할 수 있는 에너지 공급장치로서, 상기 대상물이 배치되는 탑 플레이트와, 전원에 접속됨과 아울러 상기 탑 플레이트 아래에 배치되어 상기 대상물로 에너지를 공급하는 복수의 코일을 구비하고, 상기 복수의 코일이 자성 코어에 도선을 감아 구성한 솔레노이드형의 것이고, 서로 이웃하는 복수의 상기 코일 사이에서 상기 자성 코어가 공용화되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성의 경우, 각 코일을 솔레노이드형의 것으로 하고, 서로 이웃하는 복수의 코일 사이에서 자성 코어를 공용화하도록 하고 있으므로, 각 코일을 여자(magnetization)시켰을 때 코일 사이에도 자로(magnetic flux path)를 형성할 수 있다. 이에 의해, 코일들 사이에서의 에너지 공급 효율의 저하를 억제할 수 있고 탑 플레이트 상에서의 에너지 공급 효율의 편차를 억제할 수 있다. 이에 의해, 탑 플레이트에 놓은 대상물의 위치를 정확하게 조정할 필요가 없게 되므로 유저 편리성을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 에너지 공급장치는 상기 복수의 코일이 이차원 어레이형으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 탑 플레이트 상의 넓은 범위에서 대상물에 대해서 에너지를 공급할 수 있다. 유저는 탑 플레이트 상의 원하는 위치에 대상물을 놓고 가열이나 급전 등을 할 수 있으므로 유저 편리성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한 상기 에너지 공급장치의 구체적 예로서는, 상기 자성 코어를 공용하는 복수의 코일이 열을 이루어 배치되어 코일 어레이를 형성하고 있고,코일 어레이를 복수열 구비하고 있는 것을 들 수 있다.
또한 상기 에너지 공급장치의 구체적 예로서는, 상기 복수의 코일 어레이가, 서로 이웃하는 열의 코일들이 엇갈리도록 배치되어 있는 것을 들 수 있다.
또한 상기 에너지 공급장치는 상기 복수의 코일에 고주파 전력을 공급하는 복수의 인버터를 구비하고, 상기 자성 코어를 공용하고 있는 상기 복수의 코일 각각에 대해 인버터가 개별적으로 접속되어 있는 것이 바람직하다.
또한 상기 에너지 공급장치는 상기 복수의 코일에 흐르는 전류의 방향을 개별적으로 변경함으로써, 상기 복수의 코일로부터 발생하는 자속의 방향을 개별적으로 변경할 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면 공급 전류의 온/오프, 주파수, 위상, 인가 전압 등을 코일별로 조정할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 가열 대상물이나 급전 대상물이 놓여진 위치에 있는 코일만을 여자시키거나 할 수 있으므로 경제성 및 안전성을 높일 수 있다.
또한 상기 에너지 공급장치의 구체적 예로서는, 상기 자성 코어를 공용하고 있는 상기 복수의 코일에 있어서, 서로 이웃하는 코일들로부터 발생하는 자속의 방향을 서로 역방향으로 함으로써 상기 대상물을 가열하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
또한 상기 에너지 공급장치의 구체적 예로서는, 상기 대상물이 부하와 상기 부하에 접속되는 이차측 코일을 구비하는 것으로, 상기 복수의 코일과 이에 대향 배치되는 상기 대상물의 상기 이차측 코일을 자기 공명시킴으로써 상기 대상물에 대해 전력을 전송하도록 구성되어 있는 것을 들 수 있다.
또한 상기 에너지 공급장치의 구체적 예로서는, 상기 자성 코어를 공용하고 있는 상기 복수의 코일에 있어서, 서로 이웃하는 코일들로부터 발생하는 자속의 방향을 맞춤으로써 상기 대상물로 전력을 공급하도록 구성되어 있는 것을 들 수 있다.
이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 대상물에 비접촉으로 에너지를 공급할 수 있는 에너지 공급장치에 있어서 복수의 코일 사이에서의 에너지 공급 효율의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 에너지 공급장치의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 에너지 공급장치의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 코일 어레이의 구성을 개략적 나타낸 분해도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 코일 어레이의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 코일 어레이의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 에너지 공급장치의 가열 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 에너지 공급장치의 급전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 에너지 공급장치의 급전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 에너지 공급장치와 급전 대상물의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 다른 실시 예에 따른 코일 어레이의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 11은 또 다른 실시 예에 따른 코일 어레이의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 12는 또 다른 실시 예에 따른 코일 어레이의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
이하에 본 발명의 일 실시형태에 따른 에너지 공급장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
<장치 구성>
도 1은 일 실시 예에 따른 에너지 공급장치의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 에너지 공급장치의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 코일 어레이의 구성을 개략적 나타낸 분해도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 코일 어레이의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 코일 어레이의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 실시형태의 에너지 공급장치(100)는 전자 유도의 원리에 의해 대상물(200)에 대해서 비접촉으로 에너지를 공급하는 것이다. 에너지 공급장치(100)는 예를 들어 주방 등에서 사용되어 냄비나 프라이팬 등의 금속제의 조리 기구를 유도 가열하거나, 나아가서는 전기 케틀(kettle) 등의 전기 기기에 대해 무선으로 급전하는 등의 가전 기기로서 이용되는 것이다.
구체적으로 에너지 공급장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 조리 기구나 전기 기기 등의 대상물(200)이 놓여지는 탑 플레이트(1)와, 탑 플레이트(1) 아래에 배치되어 대상물(200)로 에너지를 공급하는 복수의 코일(2)과, 복수의 코일(2)로 교류 전류를 흘리는 인버터(3)와, 인버터(3)를 제어하는 제어부(4)를 구비하고 있다. 에너지 공급장치(100)는 조리 기구를 유도 가열하는 유도 가열 동작과 전기 기기에 대해 무선급전을 수행하는 급전 동작 모두를 수행할 수 있고, 유저의 조작에 의해 동작들을 선택적으로 전환할 수 있도록 구성되어 있다.
탑 플레이트(1)는 대상물(200)이 놓여지는 평탄한 배치면(11)을 갖는 판형을 이루는 것이다. 탑 플레이트(1)는 예를 들어 유리나 세라믹 등의 전기 절연 재료로 구성된다.
복수의 코일(2)은 유도 가열 동작시에는 가열 코일로서 기능하고, 급전 동작시에는 급전코일로서 기능하는 것이다. 구체적으로 복수의 코일(2)은 배치면(11)의 후면측(탑 플레이트(1)의 하부)에 배치되어 있고, 모두 페라이트(ferrite) 등의 자성 재료로 이루어지는 자성 코어(21)(여기서는 일체물)에 도선(22)을 감아 구성한 솔레노이드형의 것이다. 여기서는, 각 코일(2)은 배치면(11)에 직교하는 축 둘레에 그 도선(22)이 감기도록 구성되어 있다. 즉 각 코일(2)은 그 축이 연직 방향으로 평행해지도록 설정되어 있다. 복수의 코일(2)은 모두 동일 형상 및 동일 크기이고, 도 2에 도시된 바와 같이 위에서 보았을 때 이차원 어레이 형상을 이루도록 배치되어 있다.
보다 구체적으로는, 에너지 공급장치(100)에서는 복수(5개)의 코일(2)이 등간격으로 열을 이루어 배치됨으로써 1세트의 코일 어레이(2A)를 이루고 있고, 코일 어레이(2A)가 서로 평행하게 복수열(6열) 나란히 배치되어 있다. 위에서 보았을 때, 각 코일 어레이(2A)는 서로 이웃하는 열의 코일(2)이 엇갈리도록 배치되어 있다.
본 실시형태의 에너지 공급장치(100)에서는 서로 이웃하는 복수의 코일(2) 사이에 자성 코어(21)가 공용화되도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 각 코일 어레이(2A)에서, 열을 이루는 복수의 코일(2) 사이에서 자성 코어(21)가 공용화되어 있다. 즉, 하나의 자성 코어(21)에 대해서 복수의 도선(22)이 서로 다른 위치에 감김으로써 복수의 코일(2)이 형성되어 있다.
보다 구체적으로는, 각 코일 어레이(2A)를 구성하는 자성 코어(21)는 도 3에 도시된 바와 같이 코일(2)의 배열 방향을 따라 연장되는 긴 길이의 판형을 이루는 것으로서, 배치면(11) 측을 향하는 한 면(211)에, 도선(22)이 감기는 피감김부(212)가 복수개 형성되어 있다. 각 피감김부(212)는 탑 플레이트(1)를 향해 돌출되는 볼록부에 의해 구성되어 있고, 배열 방향을 따라 등간격으로 마련되어 있다.
인버터(3)는 전원과 코일(2)에 접속되어 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 임의의 주파수로 변환하여 코일(2)로 출력하는 것이다. 본 실시형태의 에너지 공급장치(100)는 복수의 코일(2) 각각 대응하는 복수의 인버터(3)를 구비하고 있다. 보다 구체적으로는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 적어도 각 코일 어레이(2A)에 있어서 복수의 코일(2)이 각각 대응하는 인버터(3)에 개별적으로 접속되어 있다. 본 실시형태에서는, 배치되어 있는 모든 코일(2)에 대해 인버터(3)가 1 대 1로 대응하도록 접속되어 있다. 아울러 각 코일(2)에는 공진 콘덴서(5)가 직렬로 접속되어 있고, 공진 회로(LC 직렬 공진 회로)가 형성되어 있다. 각 코일(2)에는 구동부(driver), 구동부 IC(integrated circuit), 스너버(snubber) 회로/션트(shunt) 회로 등의 통상의 구동 회로들이 연결될 수 있다.
제어부(4)는 CPU, 메모리, 입력 수단 등을 구비한 컴퓨터로서, 그 메모리에 저장시킨 소정의 프로그램에 따라 동작함으로써 각 인버터(3)를 개별적으로 제어하도록 기능한다.
구체적으로 제어부(4)는 각 코일(2)에 접속되어 있는 각 인버터(3)의 동작을 개별적으로 제어함으로써, 각 코일(2)에 흐르는 전류의 온/오프, 주파수(예를 들어 10kHz ~ 100kHz의 고주파수 대역까지), 위상 및 전압을 개별적으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 제어부(4)는 각 코일(2)에 흐르는 전류의 방향을 변경함으로써, 각 코일(2)로부터 발생하는 자속의 방향을 개별적으로 변경하도록 구성되어 있다. 나아가 제어부(4)는 탑 플레이트(1) 상에 놓여진 대상물(200)의 위치 및 크기를 검출할 수 있도록 구성되어 있다.
그리고 제어부(4)는 그 제어 모드로서, 탑 플레이트(1)에 놓여진 대상물(200)을 유도 가열하도록 각 인버터(3)를 제어하는 유도 가열 모드와, 대상물(200)로 전력을 공급하도록 각 인버터(3)를 제어하는 급전 모드를 취할 수 있다. 각 모드에 대해 설명한다.
(유도 가열 모드)
도 6은 일 실시 예에 따른 에너지 공급장치의 가열 동작을 설명하기 위한 도면이다.
유도 가열 모드에서는, 제어부(4)는 도 6(a)에 도시된 바와 같이 서로 이웃하는 코일들(2)로부터 발생하는 자속의 방향이 서로 역방향이 되도록 각 인버터(3)를 제어한다. 보다 구체적으로는 각 코일 어레이(2A)에서 서로 이웃하는 코일들(2)에 흘리는 전류의 방향을 서로 역방향으로 하여 코일(2)들로부터 발생하는 자속의 방향이 서로 역방향이 되도록 제어한다. 또한 제어부(4)는 탑 플레이트(1)에 놓여진 대상물(200)의 바로 아래에 위치하는 코일(2)에만 선택적으로 통전시킨다. 또한 유도 가열 모드에서는 제어부(4)는 10kHz 이상의 고주파 전류를 각 코일(2)에 흘리도록 각 인버터(3)를 제어한다.
그리고 유도 가열 모드에서는 도 6(b)에 도시된 바와 같이 코일 어레이(2A)를 구성하는 각 코일(2)이 자성 코어(21)를 공용하고 있으므로 자성 코어(21) 내에서 복수의 코일(2)을 걸치도록 하여 자로가 형성되므로 각 코일(2) 사이에서도 강력한 자계를 발생시켜 가열 면적을 넓게 할 수 있다.
(급전 모드)
도 7은 일 실시 예에 따른 에너지 공급장치의 급전 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 일 실시 예에 따른 에너지 공급장치의 급전 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 일 실시 예에 따른 에너지 공급장치와 급전 대상물의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
급전 모드에서는 제어부(4)는 도 7에 도시된 바와 같이 코일 어레이(2A) 내에서의 각 코일(2)로부터 발생하는 자속의 방향을 맞추도록 각 인버터(3)를 제어한다. 보다 구체적으로는 각 코일 어레이(2A)에서 각 코일(2)에 흘리는 전류의 방향을 서로 같은 방향으로 하고, 코일(2)로부터 발생하는 자속의 방향이 서로 같은 방향이 되도록 각 인버터(3)를 제어한다. 또한 급전 모드에서는, 이웃하는 코일 어레이(2A)가 구비하는 각 코일(2)로부터 발생하는 자속의 방향이 서로 역방향이 되도록 각 인버터(3)를 제어한다. 또한 제어부(4)는 탑 플레이트(1)에 놓여진 대상물(200)의 바로 아래에 위치하는 코일(2)에만 선택적으로 통전시킨다. 또한 급전 모드에서는 제어부(4)는 고주파 전류를 각 코일(2)로 흘리도록 각 인버터(3)를 제어한다. 각 코일(2)은 인버터(3)로부터 교류 전압이 인가되어 진동 자장을 발생시킨다.
그리고 급전 모드에서는 도 8에 도시된 바와 같이 각 코일 어레이(2A)를 구성하는 각 코일(2)이 자성 코어(21)를 공용하고 있으므로, 급전 대상물(200)의 위치나 크기가 바뀐 경우에도, 구동되는 코일(2)을 선택함으로써 급전에 최적인 자로를 구성할 수 있다.
아울러 급전 모드에서 급전 가능한 대상물(200)로서는, 예를 들어 전열히터 등의 부하(220)와, 에너지 공급장치(100)로부터 전송된 전력을 받아 이것을 부하(220)로 출력하는 수전 유닛(210)을 구비하는 것을 들 수 있다. 수전 유닛(210)은 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이, 에너지 공급장치(100)의 공진 회로와 자기 공명하여 교류 전압을 발생시키는 이차측 공진 회로(211)와, 이차측 공진 회로(211)로부터 출력된 교류 전압을 원하는 전압으로 변환하여 부하(220)로 공급하는 전압 변환 회로(212)를 구비하는 것을 들 수 있다. 이차측 공진 회로(211)로서는, 서로 직렬 접속된 이차측 코일(211a)과 이차측 공진 콘덴서(211b)로 구성되는 LC 직렬 공진 회로를 예로 들 수 있다. 에너지 공급장치(100)는 이러한 수전 유닛(210)을 구비하는 대상물(200)에 대해서, 탑 플레이트(1) 아래의 코일(2)(일차측 코일(2))과 급전 대상물(200)이 구비하는 이차측 코일(211a)을 서로 대향시켜 고주파의 공진 주파수로 자기 공명시킴으로써 전력을 전송할 수 있다. 또한 급전의 위치 맞춤을 용이하게 하기 위해 이차측 코일(211a)은 위에서 보았을 때 원형을 이루도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
<일 실시 예의 효과>
이와 같이 구성한 일 실시예에 따른 에너지 공급 시스템에 의하면, 각 코일(2)을 솔레노이드형의 것으로 하고, 각 코일 어레이(2A) 내에서 복수의 코일(2) 사이에도 자성 코어(21)를 공용화하도록 하고 있으므로 각 코일(2)을 여자시켰을 때 코일(2) 사이에도 자로를 형성할 수 있다. 이에 의해 코일(2) 사이에서의 에너지 공급 효율의 저하를 억제할 수 있어 탑 플레이트(1) 상에서의 에너지 공급 효율의 편차를 억제할 수 있다. 이에 의해, 탑 플레이트(1)에 놓은 대상물(200)의 위치를 정확하게 조정할 필요가 없게 되므로 유저 편리성을 향상시킬 수 있다.
또한 복수의 코일(2)이 이차원 어레이형으로 배치되어 있으므로, 탑 플레이트(1) 상의 넓은 범위에서 대상물(200)에 대해서 에너지를 공급할 수 있다. 유저는 탑 플레이트(1) 상의 원하는 위치에 대상물(200)을 두고 가열하거나 급전할 수 있으므로 유저 편리성을 더욱 향상시킬 수 있다.
<그 밖의 변형 실시형태>
아울러 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어 상기 실시 예에서는 각 코일(2)은 그 축이 연직 방향으로 평행하도록 자성 코어(21)에 도선(22)이 감겨져 구성되어 있었으나, 이에 한정되지 않는다.
도 10은 다른 실시 예에 따른 코일 어레이의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
다른 실시 예에서는 각 코일(2)은 도 10에 도시된 바와 같이, 그 축이 수평 방향으로 평행해지도록 자성 코어(21)에 도선(22)이 감겨져 구성될 수도 있다.
또한 상기 실시 예에서는 복수의 코일(2)이 공용하는 자성 코어(21)는 일체물로 이루어지는 것이었으나, 이에 한정되지 않는다.
도 11은 또 다른 실시 예에 따른 코일 어레이의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
또 다른 실시 예에서는 도 11에 도시된 바와 같이, 복수의 코일(2)이 공용하는 자성 코어(21)는 단면이 T자형을 이루는 자성체의 블록(21a)을 복수개 연결하여 구성한 것일 수도 있다.
도 12는 또 다른 실시 예에 따른 코일 어레이의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
또 다른 실시 예의 코일(2)은 도 12에 도시된 바와 같이 박형(시트형)의 자성 코어(21)를 사용한 것일 수도 있다.
또한 상기 실시형태에서는 각 코일(2)의 형상/크기, 권선의 형상/크기 등은 모두 서로 동일했으나, 이에 한정하지 않고 서로 다를 수도 있다. 또한 다른 실시형태에서는 각 코일 어레이(2A)는 코일(2)이 엇갈리도록 배치되지 않을 수도 있다. 또한 탑 플레이트(1) 아래에 배치되는 코일 어레이(2A)의 수나 각 코일 어레이(2A)에 포함되는 코일(2)의 수는 적절히 변경될 수도 있다.
그 밖에도 본 발명의 취지에 반하지 않는 한 다양한 실시형태의 변형이나 조합을 수행하여도 무방하다.

Claims (9)

  1. 대상물에 비접촉으로 에너지를 공급할 수 있는 에너지 공급장치에 있어서,
    상기 대상물이 배치되는 탑 플레이트와,
    전원에 접속되고, 상기 탑 플레이트 아래에 배치되어 상기 대상물로 에너지를 공급하는 복수의 코일을 포함하고,
    상기 복수의 코일이, 자성 코어에 도선을 감아 구성한 솔레노이드형의 것이고, 서로 이웃하는 코일들 사이에서 상기 자성 코어가 공용화되어 있는 에너지 공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 코일이 이차원 어레이형으로 배치되어 있는 에너지 공급장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자성 코어를 공용하는 복수의 코일이 열을 이루어 배치되어 코일 어레이를 형성하고 있고, 상기 코일 어레이를 복수열 포함하는 에너지 공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 코일 어레이가, 서로 이웃하는 열의 코일들이 엇갈리도록 배치된 에너지 공급장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 코일로 고주파 전력을 공급하는 복수의 인버터를 포함하고,
    상기 자성 코어를 공용하고 있는 상기 복수의 코일 각각에 대해 상기 인버터가 개별적으로 접속되어 있는 에너지 공급장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 코일에 흐르는 전류의 방향을 개별적으로 변경함으로써 상기 복수의 코일로부터 발생하는 자속의 방향을 개별적으로 변경할 수 있도록 구성된 에너지 공급장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 자성 코어를 공용하고 있는 상기 복수의 코일에 있어서, 서로 이웃하는 코일들로부터 발생하는 자속의 방향을 서로 역방향으로 함으로써 상기 대상물을 가열하도록 구성된 에너지 공급장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 대상물이 부하와 상기 부하에 접속되는 이차측 코일을 포함하고,
    상기 복수의 코일과 이에 대향 배치되는 상기 대상물의 상기 이차측 코일을 자기 공명시킴으로써 상기 대상물에 대해서 전력을 전송하도록 구성된 에너지 공급장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 자성 코어를 공용하고 있는 상기 복수의 코일에 있어서, 서로 이웃하는 코일들로부터 발생하는 자속의 방향을 맞춤으로써 상기 대상물로 전력을 공급하도록 구성된 에너지 공급장치.
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