WO2024101713A1 - 공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 - Google Patents

공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치 Download PDF

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WO2024101713A1
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WO
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coil
power transmission
wireless power
transmission device
magnetic body
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PCT/KR2023/016387
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박재현
구범우
고민범
김준홍
박재석
여성구
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삼성전자주식회사
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    • 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
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    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
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    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks

Definitions

  • a wireless power transmission device for example, a resonator structure and a wireless power transmission device including the same.
  • Wireless charging technology uses wireless power transmission and reception.
  • the mobile phone's battery can be automatically charged by simply placing the mobile phone on a wireless power transmitting device (e.g. charging pad) without connecting a separate charging connector. It speaks of technology.
  • This wireless charging technology has the advantage of increasing the waterproof function by eliminating the need for a connector to supply power to electronic products and increasing the portability of electronic devices by eliminating the need for a wired charger.
  • Wireless charging technology includes an electromagnetic induction method using a coil, a resonance method using resonance, and an RF/microwave radiation method that converts electrical energy into electromagnetic waves and transmits them.
  • a resonator power transmitting unit, PTU
  • PTU power transmitting unit
  • PRU wireless power receiving unit
  • the battery of the wireless power receiver may be charged by a method such as electromagnetic induction or electromagnetic resonance between the receiving coil and the wireless power receiver.
  • a wireless power transmission device includes a resonator including at least one coil and at least one capacitor, a fixed magnetic body coupled to the at least one coil, and a magnetic body coupled to the at least one coil in a first direction.
  • a moving magnetic body arranged to be slidably movable, a power supply coil at least partially coupled to the moving magnetic body and configured to slide and move together with the moving magnetic body, and disposed on the at least one coil, wherein the moving magnetic body moves in the first direction. It may include a movement module configured to provide driving force for sliding movement.
  • a wireless power transmission device includes a resonator including at least one coil and at least one capacitor, a fixed magnetic body coupled to the at least one coil, and movably disposed on the at least one coil.
  • a moving magnetic body at least partially coupled to the moving magnetic body, a power supply coil configured to move with the moving magnetic body, and a moving module disposed on the at least one coil and configured to provide a driving force for moving the moving magnetic body.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a wireless power transmission system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a wireless power transmission device and at least one electronic device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 3A and 3B are plan views showing a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 4 is a perspective view of a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 5a is a cross-sectional view showing an automatic matching module according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 5b is a cross-sectional view showing an automatic matching module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6A is a Smith chart for the input impedance of a resonator according to the distance between the wireless power transmission device and the electronic device according to a comparative example.
  • FIG. 6B is a Smith chart of the input impedance of a resonator according to the distance between the wireless power transmission device and the electronic device according to a comparative example.
  • FIG. 6C is a Smith chart for the input impedance of a resonator according to the distance between the wireless power transmission device and the electronic device, according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7A shows a wireless power transmission device and an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 7B shows a detailed block diagram of a power transmission circuit and a power reception circuit according to one embodiment.
  • 8A and 8B are cross-sectional views showing an automatic matching module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 9A and 9B are perspective views of a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 9c is a cross-sectional view showing an automatic matching module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 10A and 10B are plan views of a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 10C is a perspective view of a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 11 is a perspective view showing at least one coil and a moving magnetic body according to an embodiment of the present disclosure.
  • 12A and 12B are cross-sectional views of an automatic matching module, according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 13A and 13B are perspective views of a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • identification codes for each step are used for convenience of explanation, and the identification codes do not describe the order of each step, and each step follows the specified order unless a specific order is clearly stated in the context. It may be implemented differently.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a wireless power transmission system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 may be combined with the embodiments of FIGS. 2 to 13B.
  • the wireless power transmission device 100 may wirelessly transmit power 10 to the wireless power reception device 150 (hereinafter referred to as 'electronic device 150'). You can.
  • the wireless power transmission device 100 can transmit power 10 to the electronic device 150 according to various charging methods.
  • the wireless power transmission device 100 may transmit power 10 according to an induction method.
  • the wireless power transmission device 100 includes, for example, a power source, a direct current-to-alternating current conversion circuit, an amplifier circuit, an impedance matching circuit, and at least one capacitor 120. , may include at least one coil 110, a communication modulation/demodulation circuit, etc.
  • At least one capacitor 120 may form a resonance circuit 101 (or resonator 101) together with at least one coil 110.
  • the wireless power transmission device 100 may be implemented in a manner defined in the wireless power consortium (WPC) standard (or Qi standard). Additionally, as an example, the wireless power transmission device 100 may transmit power 10 according to a resonance method. In the case of a resonance method, the wireless power transmission device 100 includes, for example, a power source, a direct current-to-alternating current conversion circuit, an amplifier circuit, an impedance matching circuit, at least one capacitor 120, and at least one coil 110. , out-of-band, or a short-range communication module (e.g., bluetooth low energy (BLE) short-range communication module).
  • BLE bluetooth low energy
  • At least one capacitor 120 and at least one coil 110 may constitute a resonance circuit 101 (or resonator 101).
  • the wireless power transmission device 100 may be implemented in a manner defined in the Alliance for Wireless Power (A4WP) standard (or air fuel alliance (AFA) standard).
  • the wireless power transmission device 100 may include at least one transmission coil 110 capable of generating a time varying magnetic field whose size changes with time when an alternating current flows according to a resonance method or an induction method. there is.
  • the process of the wireless power transmission device 100 generating a magnetic field can be expressed as the wireless power transmission device 100 outputting power 10 or transmitting it wirelessly.
  • the electronic device 150 may include a coil in which induced electromotive force is generated by a magnetic field whose size changes over time formed around the coil.
  • the process of the electronic device 150 generating induced electromotive force through a coil can be expressed as power 10 being input to the electronic device 150 or the electronic device 150 receiving power 10 wirelessly.
  • the wireless power transmission device 100 may perform communication with the electronic device 150.
  • the wireless power transmission device 100 may communicate with the electronic device 150 according to an in-band method.
  • the wireless power transmission device 100 or the electronic device 150 may change the load (or load impedance) of data to be transmitted, for example, according to an on/off keying modulation method.
  • the wireless power transmission device 100 or the electronic device 150 determines data transmitted from the other device by measuring a load change (or load impedance change) based on a change in the size of the current, voltage, or power of the coil. You can.
  • the wireless power transmission device 100 may communicate with the electronic device 150 according to an out-of-band method.
  • the wireless power transmission device 100 or the electronic device 150 may transmit and receive data using a short-range communication module (eg, BLE communication module) provided separately from a coil or patch antenna.
  • a short-range communication module eg, BLE communication module
  • the frequency band of wireless power and the band of the short-range communication module are separated from each other.
  • the frequency band of wireless power is 6.78 MHz
  • the frequency band of the short-range communication module is 2.4 GHZ.
  • the wireless power transmission device 100 or the electronic device 150 performing a specific operation refers to various hardware included in the wireless power transmission device 100 or the electronic device 150, such as a processor, a coil, Alternatively, it may mean that a patch antenna, etc. performs a specific operation.
  • the wireless power transmission device 100 or the electronic device 150 performing a specific operation may mean that the processor controls other hardware to perform the specific operation.
  • the specific operation stored in the storage circuit (e.g., memory) of the wireless power transmission device 100 or the electronic device 150 is performed. It may also mean causing a processor or other hardware to perform a specific operation as an instruction to perform is executed.
  • the wireless power transmission device 100 can form a wireless electrical connection with a plurality of electronic devices 150-1, 150-2, ... , 150-n.
  • a plurality of electronic devices include, for example, portable communication devices 150-1, 150-2, and 150-3 (e.g., smartphones) and wearable devices 150-4 (e.g., watches, wireless earphones, AR/ It may include at least one of a VR device), a portable multi-media device (e.g., a touch pad, a laptop), a PDA, a PMP, a camera, a portable medical device, or a home appliance device (e.g., a TV).
  • various types of electronic devices can be applied.
  • the wireless power transmission device 100 may wirelessly transmit power 10 to a plurality of electronic devices 150-1, 150-2, ... , 150-n.
  • the wireless power transmission device 100 may transmit power to a plurality of electronic devices 150-1, 150-2,..., 150-n through a resonance method.
  • the distance at which power can be transmitted and received between the wireless power transmission device 100 and the plurality of electronic devices (150-1, 150-2, ..., 150-n) is It may be 1 m or less, preferably 30 cm or less.
  • the wireless power transmission device 100 may transmit power to a plurality of electronic devices 150-1, 150-2, ... , 150-n through an inductive method.
  • the distance at which power can be transmitted and received between the wireless power transmission device 100 and the plurality of electronic devices 150-1, 150-2, ... , 150-n is Preferably it may be 10 cm or less.
  • at least one of the plurality of electronic devices 150-1, 150-2, ... , 150-n receives power by a resonance method with the wireless power transmission device 100, and a plurality of electronic devices 150-1, 150-2, ... , 150-n At least one other of the electronic devices 150-1, 150-2, ..., 150-n may receive power from the wireless power transmission device 100 through an inductive method.
  • the processor included in the wireless power transmission device 100 may control wireless transmission of preset power 10 to a plurality of electronic devices 150-1, 150-2, ... , 150-n.
  • the power preset for the plurality of electronic devices 150-1, 150-2, ... , 150-n is It may be a set amount of power to drive (e.g., wake-up) the processor included in .
  • the preset power 10 is supplied with various information (e.g., electronic devices 150-1, 150-2, ... , 150-n) of a plurality of electronic devices 150-1, 150-2, ... , 150-n.
  • orientation information e.g., posture information
  • the size of the power 10 transmitted to the plurality of electronic devices 150-1,150-2, ..., 150-n is Each may be the same, but may also be different from each other.
  • the wireless power transmission device 100 may perform communication with a plurality of electronic devices 150-1, 150-2, ..., 150-n, respectively, simultaneously or sequentially, selectively or independently.
  • a plurality of electronic devices (150-1, 150-2, ..., 150-n) each transmit data to be transmitted with the wireless power transmission device 100 in either in-band or out-of-band. You can send and receive accordingly.
  • the data may be data for controlling power reception of each of a plurality of electronic devices. Additionally, the data may include various information about a plurality of electronic devices 150-1, 150-2, ... , 150-n.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a wireless power transmission device and at least one electronic device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 3A and 3B are plan views showing a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 2 to 3B may be combined with the embodiment of FIG. 1 or the embodiments of FIGS. 4 to 13B.
  • the wireless power transmission device 100 (e.g., the wireless power transmission device 100 of FIG. 1) includes a resonator 101 (e.g., the resonator 101 of FIG. 1) and an automatic matching module ( 131, 135).
  • the resonator 101 includes at least one coil 110 (e.g., coil 110 of FIG. 1) and at least one capacitor 120 (e.g., capacitor 120 of FIG. 1). It can be included.
  • at least one coil 110 may be formed in a loop-shaped or ring-shaped shape, but is not limited thereto.
  • at least one coil 110 may include at least one inductor.
  • At least one portion of the coil 110 may have a shape in which at least one portion is cut away from an adjacent portion or a shape that is spaced apart from an adjacent portion.
  • the at least one capacitor 120 may be disposed in the cut portion or spaced apart portion.
  • the at least one coil 110 may include an internal space (eg, the internal space 111 in FIG. 4) formed inside the at least one coil 110.
  • various electronic components may be accommodated in the internal space 111.
  • various electronic components e.g., the processor 202, short-range communication module 203, or memory 205 of FIG. 7A
  • the processor 202 may be accommodated in the internal space 111.
  • a power transmission circuit (eg, the power transmission circuit 209 of FIG. 7A) may be disposed in the internal space 111.
  • the current when current is applied to the at least one coil 110, the current may flow only on the surface (eg, outer surface) of the at least one coil 110 due to a skin effect. According to one embodiment, since no current flows inside (or the inner surface) of the at least one coil 110, the magnetic flux may be canceled in the internal space 110.
  • the wireless power transmission device 100 may adopt a resonance method as a power transmission method to the electronic device 150 located nearby. According to one embodiment, the wireless power transmission device 100 may perform a power output or transmission function for the electronic device 150 using the resonator 101.
  • the power transmission circuit (e.g., the power transmission circuit 209 of FIG. 7A) of the wireless power transmission device 100 transmits power 10 in the form of an electromagnetic field through at least one coil 110 to electronic It can be output to the device 150.
  • the electronic device 150 has a receiving resonator (e.g., the receiving resonator 281 in FIG. 7b) of the power receiving circuit (e.g., the power receiving circuit 259 in FIG. 7A) in the form of the electromagnetic field.
  • Power 10 may be received to charge a battery (eg, battery 254 in FIG. 7A).
  • the wireless power transmission device 100 may further include automatic matching modules 131 and 135.
  • the automatic matching modules 131 and 135 may include a fixed magnetic body 131 and a moving magnetic body 135.
  • the fixed magnetic material 131 may be disposed on at least one coil 110. According to one embodiment, the fixed magnetic material 131 may be arranged to cover at least a portion of the at least one coil 110.
  • the fixed magnetic material 131 may be formed of ferrite, but is not limited thereto.
  • the fixed magnetic material 131 may be fixed to at least one coil 110. Accordingly, the fixed magnetic body 131 may have a fixed position with respect to at least one coil 110.
  • the movable magnetic body 135 may be coupled to at least one coil 110 to be slidably movable. According to one embodiment, the moving magnetic material 135 may be arranged to cover at least a portion of the at least one coil 110 .
  • the moving magnetic material 135 may be formed of ferrite, but is not limited thereto.
  • the movable magnetic body 135 may slide along the slot 115 formed in at least one coil 110.
  • the slot 115 may extend in a first direction that is substantially the same direction as the flow direction of the current flowing through the at least one coil 110.
  • the first direction may be an extension direction of a portion of at least one coil 110 to which the fixed magnetic material 131 is coupled.
  • the moving magnetic body 135 may slide along the first direction.
  • the slot 115 may be formed on at least one portion of the upper or lower surface of the at least one coil 110.
  • the moving magnetic body 135 slides in the first direction along the slot 115 based on power provided from a moving module (e.g., moving module 150 in FIG. 4) to be described later. It can be.
  • a moving module e.g., moving module 150 in FIG. 4
  • the wireless power transmission device 100 may further include a power feeding coil (eg, the power feeding coil 140 of FIGS. 3A and 3B).
  • a power feeding coil eg, the power feeding coil 140 of FIGS. 3A and 3B.
  • the power supply coil 140 may be fixed to at least a portion of the moving magnetic body 135 . Additionally, the power supply coil 140 may be slidably moved together with the movable magnetic body 135 when the movable magnetic body 135 is slidably moved.
  • At least one portion of the power supply coil 140 may have a loop-shaped or ring-shaped shape.
  • the power supply coil 140 may be formed to cause induced electromotive force in at least one coil 110.
  • the power supply coil 140 and at least one coil 110 may be formed to be mutually induced.
  • the power feeding coil 140 may further include a power feeding port (not shown) to which external power (or external power) is applied.
  • the power feeding coil 140 may be referred to as a power feeding loop or a power feeding structure.
  • the power supply coil 140 may be an inductor made of copper, but is not limited thereto.
  • the resonant frequency of the resonator 101 may be changed (or controlled) by sliding the power supply coil 140 and the moving magnetic material 135.
  • the wireless power transmission device 100 has the matching efficiency of the power transmission circuit (e.g., the power transmission circuit 209 of FIG. 7A) and the resonator 101. It can be configured to adjust .
  • the power transmission circuit e.g., the power transmission circuit 209 of FIG. 7A
  • the resonator 101 It can be configured to adjust .
  • the resonator 101 of the wireless power transmission device 100 is moved by the electronic device 150 and metal parts of the electronic device 101. Inductance changes may occur. Accordingly, the resonance frequency of the resonator 101 changes, and the transmission efficiency of power 10 to the electronic device 150 may decrease.
  • the coupling coefficient between the wireless power transmission device 100 and the electronic device 150 varies depending on the transmission distance of the power 10. may be changed, which may change the input impedance of the resonator 101. Accordingly, a decrease in transmission efficiency or resonance efficiency may occur depending on the matching loss of the power transmission circuit (e.g., power transmission circuit 209 of FIG. 7A) and the resonator 101 of the wireless power transmission device 100.
  • the power transmission circuit e.g., power transmission circuit 209 of FIG. 7A
  • the wireless power transmission device 100 may adjust the input impedance of the resonator 101 through the automatic matching modules 131 and 135 and the power supply coil 140.
  • the imaginary value of the input impedance of the resonator 101 may be adjusted.
  • the relative position of the moving magnetic body 135 with respect to the fixed magnetic body 131 may be changed, and the imaginary value of the input impedance of the resonator 101 may be adjusted accordingly.
  • the power supply coil 140 is slidably moved together with the moving magnetic body 135, the absolute value of the input impedance of the resonator 101 can be adjusted.
  • the positions of the areas S1 and S2 overlapping the internal area of the power feeding coil 140 and the internal area of at least one coil 110 are changed, thereby causing at least one
  • the induced electromotive force caused by the coil 110 can be adjusted. Accordingly, the absolute value of the input impedance of the resonator 101 can be adjusted.
  • the wireless power transmission device 100 uses a moving magnetic body 135 to improve matching efficiency for transmitting power 10 according to the distance between the wireless power transmission device 100 and the electronic device 150.
  • the power supply coil 140 can be slidably moved.
  • Figure 4 is a perspective view showing a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 may be combined with the embodiments of FIGS. 1 to 3B or the embodiments of FIGS. 5A to 13B.
  • the wireless power transmission device 100 may further include a support member 160 and a movement module 150.
  • the support member 160 may be formed of a non-metallic material (eg, polymer) and may be disposed in the internal space 111 of at least one coil 110.
  • a non-metallic material eg, polymer
  • the support member 160 may be coupled to the inner peripheral surface of at least one coil 110 (eg, the coil 110 of FIGS. 1 to 3B). Additionally, the support member 160 may support at least one coil 110 and protect components disposed inside the at least one coil 110.
  • the movement module 150 may be disposed in the internal space 111 of at least one coil 110.
  • the movement module 150 may include a motor 151, a rotation rod 152, and a movement connector 153.
  • the motor 151 may provide driving force to slide the moving magnetic body 135. According to one embodiment, the motor 151 may rotate the rotating rod 152 connected to the motor 151 in one direction or in another direction opposite to the one direction.
  • the rotation rod 152 may be connected to the motor 151 and configured to be rotated by the motor 151.
  • the rotating rod 152 may have threads or threads formed on its outer peripheral surface.
  • the movable connector 153 may be fastened to the rotary rod 152 to be slidably movable. Additionally, the mobile connector 153 may be combined with the mobile magnetic body 135. For example, at least a portion of the movable connector 153 may pass through the slot 115 and be coupled to the movable magnetic body 135.
  • the movable connector 153 may include a thread of the rotary rod 152, a thread corresponding to the thread, or a movement hole in which the thread is formed (e.g., the movement hole 153c in FIGS. 5A to 5B).
  • the movable connector 153 has a movable hole fastened to the rotary rod 152 and can slide and move according to the rotation of the rotary rod 152.
  • the movable magnetic body 135 connected to the movable connector 153 may also slide and move together.
  • the rotating rod 152 and the moving hole eg, moving hole 153c in FIGS. 5A and 5B
  • the moving hole may be screw-coupled.
  • Figure 5a is a cross-sectional view showing an automatic matching module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5A may be combined with the embodiments of FIGS. 1 to 4 or the embodiments of FIGS. 5B to 13B.
  • the fixed magnetic material 131 (e.g., the fixed magnetic material 131 in FIGS. 2 to 4) is oriented in the same direction at the first fixed part 131a and both ends of the first fixed part 131a. It may include a pair of second fixing parts 131b extending towards. For example, the pair of second fixing parts 131b may extend toward the moving magnetic body 135.
  • the moving magnetic body 135 moves in the same direction at the first moving part 135a and both ends of the first moving part 135a. It may include a pair of second moving parts 135b extending towards. For example, the pair of second moving parts 135b may extend toward the fixed magnetic body 131.
  • the fixed magnetic body 131 and the moving magnetic body 135, when disposed corresponding to each other, may form a closed structure that generally covers a portion of at least one coil 110.
  • the movable connector 135 (e.g., the movable connector 135 in FIG. 4) includes a first connector portion 153a coupled to the first movable portion 135a of the movable magnetic body 135, and It may include a second connector part 153b formed at one end of the first connector part 153a and coupled to the rotating rod 152.
  • the movable connector 135 is formed in the second connector portion 153b and may further include a movable hole 153c into which the rotating rod 152 is inserted.
  • the first moving part 135a is disposed on one surface (eg, upper surface) of the at least one coil 110, and the first fixed part 131a is disposed on the at least one coil 110. It may be placed on the other surface (eg, lower surface) facing in the opposite direction to the one surface.
  • Figure 5b is a cross-sectional view showing an automatic matching module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5B may be combined with the embodiments of FIGS. 1 to 5A or the embodiments of FIGS. 6A to 13B.
  • the fixed magnetic material 1311 (e.g., the fixed magnetic material 131 in FIGS. 2 to 4) is oriented in the same direction at the first fixed part 1311a and both ends of the first fixed part 1311a. It may include a pair of second fixing parts 1311b extending towards. For example, the pair of second fixed portions 1311b may extend toward the moving magnetic body 1351.
  • the moving magnetic body 1351 moves in the same direction at the first moving part 1351a and both ends of the first moving part 1351a. It may include a pair of second moving parts 1351b extending towards. For example, the pair of second moving parts 1351b may extend toward the fixed magnetic body 1311.
  • the pair of second moving parts 1351b may be arranged to cover at least a portion of the side surface (eg, outer surface) of the pair of second fixed parts 1311b.
  • the fixed magnetic material 1311 and the moving magnetic material 1351 when disposed correspondingly to each other, may form a closed structure that generally covers a portion of at least one coil 110.
  • the movable connector 1351 (e.g., the movable connector 135 in FIG. 4) includes a first connector portion 1531a coupled to the first movable portion 1351a of the movable magnetic body 1351, and It may include a second connector part 1531b formed at one end of the first connector part 1531a and coupled to the rotating rod 152. Additionally, the movable connector 1351 is formed in the second connector portion 1531b and may further include a movable hole 1531c into which the rotary rod 152 is inserted.
  • the first moving part 1351a is disposed on one surface (eg, upper surface) of the at least one coil 110, and the first fixed part 1311a is disposed on the at least one coil 110. It may be placed on the other surface (eg, lower surface) facing in the opposite direction to the one surface.
  • FIG. 6A is a Smith chart for the input impedance of a resonator according to the distance between the wireless power transmission device and the electronic device according to a comparative example.
  • FIG. 6B is a Smith chart of the input impedance of a resonator according to the distance between the wireless power transmission device and the electronic device according to a comparative example.
  • FIG. 6C is a Smith chart for the input impedance of a resonator according to the distance between the wireless power transmission device and the electronic device, according to an embodiment of the present disclosure.
  • the high-efficiency area A represents an area of input impedance with high efficiency of power transmission to the electronic device 10.
  • the comparative example in FIG. 6A is a Smith chart when the input impedance of the resonator is not tuned when the distance between the wireless power transmission device and the electronic device changes.
  • the input impedance of the resonator when the distance between the wireless power transmission device and the electronic device is 10 cm or more, the input impedance of the resonator may be located in the high efficiency area (A) (section B1 to B2). However, when the distance between the wireless power transmission device and the electronic device is less than 10 cm, the input impedance of the resonator may not be located in the high efficiency area (A) (section B2 to B3). Looking at the section B2 to B3, it can be seen that at least one of the imaginary value or the absolute value of the input impedance of the resonator is not located in the high efficiency area (A).
  • the comparative example in FIG. 6B is a Smith chart in which the imaginary value of the input impedance of the resonator is tuned and the absolute value is not tuned when the distance between the wireless power transmission device and the electronic device changes.
  • the imaginary value of the input impedance of the resonator is adjusted by sliding the movable magnetic material, and the absolute value of the input impedance of the resonator may not be adjusted because the power supply coil is not slidably moved.
  • the input impedance of the resonator when the distance between the wireless power transmission device and the electronic device is 2 cm or more, the input impedance of the resonator may be located in the high efficiency area (A) (section C1 to C2). However, when the distance between the wireless power transmission device and the electronic device is less than 2 cm, the input impedance of the resonator may not be located in the high efficiency area (A) (section C2 to C3). Looking at the C2 to C3 section, it can be seen that the absolute value of the input impedance of the resonator is not located in the high efficiency area (A).
  • FIG. 6C is a Smith chart when the imaginary value and absolute value of the input impedance of the resonator are tuned when the distance between the wireless power transmission device and the electronic device changes according to an embodiment of the present disclosure.
  • the imaginary value of the input impedance of the resonator can be adjusted by sliding the moving magnetic material, and the absolute value of the input impedance of the resonator can be adjusted by sliding the power supply coil together with the moving magnetic material.
  • the input impedance of the resonator may be located in the high efficiency area (A) (section D1 to D2).
  • FIG. 7A shows a wireless power transmission device and an electronic device according to an embodiment.
  • 7B shows a detailed block diagram of a power transmission circuit and a power reception circuit according to one embodiment.
  • FIGS. 7A and 7B may be combined with the embodiments of FIGS. 1 to 6C or the embodiments of FIGS. 8A to 13B.
  • the wireless power transmission device 100 (e.g., the wireless power transmission device 100 of FIGS. 1 to 4) according to an embodiment includes a processor 202, a short-range communication module 203, and a memory. It may include at least one of (205), a power adapter (208), or a power transmission circuit (209).
  • the electronic device 150 (e.g., the electronic device 150 of FIGS. 1 and 2) according to one embodiment includes a charger 251, a processor 252, a short-range communication module 253, and a battery 254. ), a memory 255, or a power reception circuit 259.
  • the power transmission circuit 209 may transmit power 261 wirelessly according to at least one of an inductive method, a resonance method, and an electromagnetic wave method.
  • the detailed configuration of the power transmission circuit 209 and the power reception circuit 259 will be described in more detail below with reference to Figure 2b.
  • the processor 202 can control the overall operation of the wireless power transmission device 100. For example, processor 202 may determine whether to transmit power 261, control the amount of power 261, or perform at least one function of electronic device 150 (e.g., initiate charging). or interruption of charging) can also be controlled.
  • the processor 202 or processor 252 may be implemented with various circuits capable of performing operations, such as a general-purpose processor such as a CPU, a microprocessor, a micro controlling unit (MCU), or a field programmable gate array (FPGA). There is no limit to the types.
  • the processor 202 can transmit and receive data 262 with the electronic device 150 through the short-range communication module 203. Data can be used to control wireless power transmission and reception.
  • the short-range communication module 203 and the short-range communication module 253 are, for example, implemented as a short-range communication module (e.g., a Bluetooth communication module (BT, BLE), or NFC communication module) of an out-of-band communication method, or Alternatively, it can be implemented as an in-band communication load modulation communication module.
  • the load modulation communication module includes, for example, a switch connected directly to the coil of the power receiving circuit 259 or through another element, and a dummy load connected to the coil directly or through another element through the switch. (e.g., dummy resistor or dummy capacitor).
  • the load modulation communication module may check information based on a change in voltage or current applied to the coil in the power transmission circuit 209 detected during the on/off process of the switch.
  • the power adapter 208 may receive power from the power source 206 and provide it to the power transmission circuit 209.
  • the power adapter 208 may be, for example, a power interface and may not be included in the wireless power transmission device 100 depending on implementation of various embodiments.
  • the power reception circuit 259 may wirelessly receive power from the power transmission circuit 209 according to at least one of an inductive method, a resonance method, and an electromagnetic wave method.
  • the power receiving circuit 259 may perform power processing such as rectifying the power of the received AC waveform into a DC waveform, converting the voltage, or regulating power.
  • the charger 251 may charge the battery 254 using the received regulated power (e.g., DC power).
  • the charger 251 may adjust at least one of the voltage or current of the received power and transfer it to the battery 254.
  • the battery 254 stores power and can transfer it to other hardware.
  • a power management integrated circuit may receive power from the power reception circuit 259 and transfer it to other hardware, or may receive power from the battery 254 and transfer it to other hardware.
  • the charger 251 may be provided included in the PMIC.
  • the processor 252 may control the overall operation of the electronic device 150.
  • the memory 255 may store instructions for performing overall operations of the electronic device 150.
  • instructions for performing the overall operation of the wireless power transmission device 100 may be stored, or instructions may be stored in the relationship between the information obtained through the short-range communication module 203 and the amount of power to be transmitted.
  • a lookup table or mathematical information about the relationship between the obtained information and the amount of power to be transmitted may be stored.
  • the memory 205 or memory 255 may be implemented in various forms such as read only memory (ROM), random access memory (RAM), or flash memory, and there is no limitation in the form of implementation.
  • the power transmission circuit 209 may include a power amplifier 271, a matching circuit 272 (or matching network), and a transmission resonance circuit 273.
  • the power amplifier 271 or the inverter circuit may convert direct current power received from the power adapter 208 into alternating current power.
  • the frequency of AC power can be set to 100 kHz to 205 kHz or 6.78 MHz depending on the standard, but there is no limit.
  • the matching circuit 272 changes at least one of the capacitance or reactance of the circuit connected to the transmission resonance circuit 273 under the control of the processor 202, so that the power transmission circuit 209 and the power reception circuit 259 Impedance matching can be achieved with each other.
  • the transmission resonance circuit 273 may include at least one coil and at least one capacitor.
  • alternating current power or current
  • a magnetic field whose size changes with time may be formed from the transmission resonance circuit 273, and thus the power reception circuit of the electronic device 150 ( 259)
  • power in the form of an electromagnetic field can be output or transmitted.
  • An induced electromotive force may be generated in the receiving resonator 281 of the power receiving circuit 259 by a magnetic field whose size changes with time formed around it, and thus the power receiving circuit 259 can receive power wirelessly.
  • the receiving resonator 281 may include at least one coil and at least one capacitor.
  • the rectification circuit 282 may rectify the power of the received alternating current waveform.
  • the converting circuit 283 can adjust the voltage of the rectified power and deliver it to the PMIC or charger.
  • the power receiving circuit 259 may further include a regulator, or the converting circuit 283 may be replaced with a regulator.
  • the matching circuit 284 changes at least one of the capacitance or reactance of the circuit connected to the receiving resonator 281 under the control of the processor 252, so that the power transmitting circuit 209 and the power receiving circuit 259 are connected to each other. Impedance matching can be achieved.
  • the wireless power transmission device 100 may include at least one sensor 207.
  • At least one sensor 207 may be a sensor that measures voltage and current of the wireless power transmission device 100.
  • the wireless power transmission device 100 detects the output impedance of the power amplifier 271, which will be described later, and/or the input impedance of the transmission resonance circuit 273 (e.g., from the matching circuit 272) through at least one sensor 207.
  • the impedance of the signal input to the transmission resonance circuit 273 can be measured. For example, power consumption can be monitored by measuring the transmission voltage (VTX_IN) and transmission current (ITX_IN) using the sensor 207, and through this, changes in the input impedance of the transmission resonance circuit 273 can be detected.
  • the processor 202 may control the transmission and efficiency of wireless power to the plurality of electronic devices 150 according to a predetermined algorithm or a command input from the user, considering the change in the detected impedance.
  • the electronic device 150 may include at least one sensor 257.
  • the electronic device 150 may itself detect movement of the electronic device 150 through at least one sensor 257 (eg, a motion sensor).
  • the motion sensor for detecting the movement may include, for example, at least one of a gyro sensor, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, a gravity sensor, a geomagnetic sensor, and an infrared sensor.
  • the type of sensor is not limited to this.
  • the electronic device 150 may measure the voltage VRECT output from the rectifier circuit 282 using at least one sensor 257. Based on the measured output voltage (VRECT), a change in the positional relationship between the electronic device 150 and the wireless power transmission device 100 (closer to or farther from the resonator) can be confirmed.
  • Data sensed through the sensor 257 may be provided to the processor 252, and data received by the processor 252 may be provided to the wireless power transmission device 100 through the short-range communication module 253.
  • 8A and 8B are cross-sectional views showing an automatic matching module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 8A to 8B may be combined with the embodiments of FIGS. 1 to 7B or the embodiments of FIGS. 9A to 13B.
  • the fixed magnetic material 231 (eg, the fixed magnetic material 131 of FIGS. 2 to 4 ) may be formed in a semicircular shape.
  • the moving magnetic body 235 (eg, the moving magnetic body 135 in FIGS. 2 to 4) may be formed in a semicircular shape.
  • the radius of curvature of the moving magnetic material 235 may be larger than the radius of curvature of the fixed magnetic material 231.
  • the fixed magnetic body 231 and the moving magnetic body 235 may have a semicircular cross-sectional shape.
  • the movable connector 253 (e.g., the movable connector 153 in FIG. 4) may include a first connector portion 253a, a second connector portion 253b, and a rotation hole 253c. You can.
  • the rotation hole 253c may be fixed to the rotation rod 152 (eg, the rotation rod 152 in FIG. 4). Accordingly, when the rotary rod 152 is rotated by the motor 151 (eg, the motor 151 in FIG. 4), the movable connector 253 fixed to the rotary rod 152 may be rotated together. The position of the crystal magnetic body 235 relative to the fixed magnetic body 231 may be changed by being rotated by the movable connector 253.
  • the moving magnetic body 235 may be arranged to be rotatable relative to at least one coil 110 (eg, at least one coil 110 of FIGS. 1 to 4 ).
  • the moving magnetic body 235 rotates relative to the at least one coil 110, so that at least a portion of the moving magnetic body 235 may cover at least a portion of the outer surface of the fixed magnetic body 231.
  • the imaginary value of the input impedance of the resonator 101 may be adjusted.
  • FIGS. 9A and 9B are perspective views of a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 9c is a cross-sectional view showing an automatic matching module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 9A to 9C may be combined with the embodiments of FIGS. 1 to 8B or the embodiments of FIGS. 10A to 13B.
  • the wireless power transmission device 100 (e.g., the wireless power transmission device 100 of FIGS. 1 to 4) includes at least one coil 310 (e.g., the wireless power transmission device 100 of FIGS. 1 to 4). At least one coil 110), a resonator 301 (e.g., at least one capacitor 320) including at least one capacitor 320 (e.g., at least one capacitor 120 in FIGS. 1 to 4) Resonator 110), fixed magnetic material 331 (e.g., fixed magnetic material 131 in FIGS. 2 to 4), moving magnetic material 335 (e.g., moving magnetic material 135 in FIGS. 2 to 4), and moving magnetic material 331 It may include a connector 353 (e.g., the movable connector 153 in FIG. 4).
  • a connector 353 e.g., the movable connector 153 in FIG. 4
  • the moving magnetic body 335 is slid along a slot (not shown) formed in at least one coil 310, thereby changing its relative position with respect to the fixed magnetic body 131. Accordingly, the imaginary value of the input impedance of the resonator 301 can be adjusted.
  • the fixed magnetic body 331 includes a first fixed part 331a and a pair of second fixed parts 331b extending in the same direction from both ends of the first fixed part 331a. can do.
  • the pair of second fixing parts 331b may extend toward the moving magnetic body 351.
  • the moving magnetic body 351 includes a second moving part 351a and a pair of second moving parts 351b extending in the same direction from both ends of the second moving part 351a. can do.
  • the pair of second moving parts 351b may extend toward the fixed magnetic body 331.
  • the pair of second moving parts 351b may be arranged to cover at least a portion of the side surface (eg, outer surface) of the pair of second fixed parts 331b.
  • the fixed magnetic material 331 and the moving magnetic material 351 when disposed corresponding to each other, may form a closed structure that generally covers a portion of at least one coil 110.
  • the movable connector 353 is formed at a first connector portion 353a coupled to the first movable portion 351a of the movable magnetic body 351, and at one end of the first connector portion 353a. It may include a second connector portion 353b coupled to the rotating rod 152. Additionally, the movable connector 353 is formed in the second connector portion 353b and may further include a movable hole 353c into which the rotating rod 152 is inserted.
  • the first moving part 351a may be disposed on the inner surface (eg, the surface facing the inside of the loop) of at least one coil 310. Additionally, a slot (not shown) formed in the at least one coil 310 may be formed on the inner surface of the at least one coil 310, and the first connector portion 353a may be disposed in the slot.
  • the first moving part 335a is disposed on one surface of the at least one coil 310 (e.g., the inner surface facing inside the loop shape formed by the at least one coil 310),
  • the first fixing part 331a may be disposed on the other surface of the at least one coil 310 facing in the opposite direction to the one surface (e.g., the outer surface facing the outside of the loop shape formed by the at least one coil 310). You can.
  • FIGS. 10A and 10B are plan views of a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 10C is a perspective view of a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 11 is a perspective view showing at least one coil and a moving magnetic body according to an embodiment of the present disclosure.
  • 12A to 12B are cross-sectional views of an automatic matching module, according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 10A to 12B may be combined with the embodiments of FIGS. 1 to 9B or the embodiments of FIGS. 13A to 13B.
  • the wireless power transmission device 100 (e.g., the wireless power transmission device 100 of FIGS. 1 to 4) includes at least one coil 410 (e.g., the wireless power transmission device 100 of FIGS. 1 to 4).
  • coil 110 e.g., the wireless power transmission device 100 of FIGS. 1 to 4
  • a resonator 401 e.g., resonator 101 in FIGS. 1 to 4
  • capacitor 420 e.g., capacitor 420 in FIGS. 1 to 4
  • a fixed magnetic body 431 e.g., the fixed magnetic body 131 in FIGS. 1 to 4
  • a moving magnetic body 435 e.g., the moving magnetic body 135 in FIGS. 1 to 4
  • a moving module 450 e.g. : May include the movement module 150 of FIG. 4).
  • the wireless power transmission device 100 may further include a bracket portion 414 extending from at least one coil 410.
  • the bracket portion 414 may be defined as a partial area of at least one coil 410.
  • the bracket portion 414 may extend from at least a portion of the side (eg, outer surface) of the at least one coil 410 toward the outside of the at least one coil 410. According to one embodiment, the bracket portion 414 may extend in a first direction that is perpendicular to the flow direction of the current flowing through the at least one coil 410. The first direction may be defined as a direction from the inside of the loop shape formed by the at least one coil 410 to the outside, or the opposite direction.
  • the slot 415 may be formed in the bracket portion 414 along the first direction.
  • the movable magnetic body 435 can be slidably moved along the first direction.
  • the movable magnetic body 435 may slide toward the inside of the loop shape formed by the at least one coil 410, or may slide toward the outside of the loop shape.
  • the imaginary value of the input impedance of the resonator 401 may be adjusted.
  • the relative position of the moving magnetic body 435 with respect to the fixed magnetic body 431 may be changed, and the imaginary value of the input impedance of the resonator 101 may be adjusted accordingly.
  • the power supply coil 440 slides along with the moving magnetic body 435, the absolute value of the input impedance of the resonator 401 can be adjusted.
  • the power feeding coil 440 when the power feeding coil 440 is slid, the position and size of the areas T1 and T2 overlapping the internal area of the power feeding coil 440 and the internal area of at least one coil 410 are changed, The induced electromotive force caused by at least one coil 410 may be adjusted. Accordingly, the absolute value of the input impedance of the resonator 401 can be adjusted.
  • the fixed magnetic body 431 may be disposed on the inner surface of the at least one coil 410 facing the inside of the loop shape.
  • the movement module 450 may be disposed in the inner space of the bracket portion 414. According to one embodiment, the movement module 450 may include a motor 451, a rotation rod 452, and a movement connector 453.
  • the motor 451 may provide driving force to slide the moving magnetic body 435. According to one embodiment, the motor 451 may rotate the rotating rod 452 connected to the motor 451 in one direction or in another direction opposite to the one direction.
  • the rotation rod 452 may be connected to the motor 451 and configured to be rotated by the motor 451.
  • the rotating rod 452 may have threads or threads formed on its outer peripheral surface.
  • the movable connector 453 may be fastened to the rotary rod 452 to be slidably movable. Additionally, the mobile connector 453 may be combined with the mobile magnetic body 435. For example, at least a portion of the movable connector 453 may pass through the slot 415 and be coupled to the movable magnetic body 435.
  • the movable connector 453 may include a thread of the rotary rod 452, a thread corresponding to the thread, or a movement hole 453c in which the thread is formed.
  • the movable connector 453 has a movable hole fastened to the rotary rod 452 and can slide and move according to the rotation of the rotary rod 452. Accordingly, the movable magnetic body 435 connected to the movable connector 453 may also slide and move together.
  • FIGS. 13A and 13B are perspective views of a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 13A to 13B may be combined with the embodiments of FIGS. 1 to 12B.
  • the wireless power transmission device 100 (e.g., the wireless power transmission device 100 of FIGS. 1 to 4) includes at least one coil 510 (e.g., the wireless power transmission device 100 of FIGS. 1 to 4).
  • a resonator 501 (e.g., the resonator 101 of FIGS. 1 to 4) including a coil 110) and at least one capacitor 520 (e.g., the capacitor 120 of FIGS. 1 to 4), It may include a fixed magnetic material 531 (eg, the fixed magnetic material 131 in FIGS. 1 to 4), and a moving magnetic material 535 (eg, the moving magnetic material 135 in FIGS. 1 to 4).
  • the fixed magnetic body 531 may be disposed on one surface (eg, top or bottom) of at least one coil 510. Additionally, the moving magnetic body 535 may be disposed on the other surface (eg, lower or upper surface) of at least one coil 510.
  • the moving magnetic material 535 may be configured to slide in a first direction that is different from the direction of current flow in the at least one coil 510.
  • the first direction may be a direction substantially perpendicular to the extension direction of the portion of the at least one coil 510 to which the fixed magnetic body 431 is coupled.
  • the first direction is the upper or lower surface connecting the inner surface (e.g., the loop-shaped surface facing the inside) and the outer surface (e.g., the loop-shaped surface facing the outside) of the at least one coil 410. It can also be defined as the direction of separation.
  • the moving magnetic body 535 may slide in a direction closer to the fixed magnetic body 531 or in a direction away from the fixed magnetic body 531.
  • the moving magnetic body 535 is disposed on the upper surface of at least one coil 510, and the moving magnetic body 535 includes a fixed magnetic body 531 fixed to the lower surface of at least one coil 510, and It may slide in a direction approaching or away from the fixed magnetic body 531.
  • the imaginary value of the input impedance of the resonator 501 may be adjusted.
  • the relative position of the moving magnetic body 535 with respect to the fixed magnetic body 531 may be changed, and the imaginary value of the input impedance of the resonator 501 may be adjusted accordingly.
  • a power supply coil 540 (eg, power supply coil 140 of FIGS. 3A and 3B) may be disposed on at least a portion of the moving magnetic material 535.
  • the power supply coil 540 may be disposed on at least one portion of the surface of the moving magnetic body 535.
  • the power supply coil 540 may be fixed to at least a portion of the moving magnetic material 535. Additionally, the power supply coil 540 may be slidably moved together with the movable magnetic body 535 when the movable magnetic body 535 is slidably moved.
  • the power feeding coil 540 may further include a power feeding port 541 to which external power (or external power) is applied.
  • the power supply coil 540 may be formed to cause an induced electromotive force in at least one coil 510.
  • the power supply coil 540 and at least one coil 510 may be formed to be mutually induced.
  • the feeding coil 540 may be referred to as a feeding loop or a feeding structure.
  • the power supply coil 540 may be an inductor made of copper, but is not limited thereto.
  • the resonant frequency of the resonator 501 may be changed (or controlled) by sliding the power supply coil 540 and the moving magnetic material 535.
  • Electronic devices may be of various types.
  • Electronic devices may include, for example, portable communication devices (e.g., smartphones), computer devices, portable multimedia devices, portable medical devices, cameras, wearable devices, or home appliances.
  • Electronic devices according to embodiments of this document are not limited to the above-described devices.
  • first, second, or first or second may be used simply to distinguish one component from another, and to refer to those components in other respects (e.g., importance or order) is not limited.
  • One (e.g., first) component is said to be “coupled” or “connected” to another (e.g., second) component, with or without the terms “functionally” or “communicatively.” Where mentioned, it means that any of the components can be connected to the other components directly (e.g. wired), wirelessly, or through a third component.
  • module used in various embodiments of this document may include a unit implemented in hardware, software, or firmware, and is interchangeable with terms such as logic, logic block, component, or circuit, for example. It can be used as A module may be an integrated part or a minimum unit of the parts or a part thereof that performs one or more functions. For example, according to one embodiment, the module may be implemented in the form of an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • Various embodiments of the present document are one or more instructions stored in a storage medium (e.g., built-in memory 136 or external memory 138) that can be read by a machine (e.g., electronic device 101). It may be implemented as software (e.g., program 140) including these.
  • a processor e.g., processor 120
  • the one or more instructions may include code generated by a compiler or code that can be executed by an interpreter.
  • a storage medium that can be read by a device may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
  • 'non-transitory' only means that the storage medium is a tangible device and does not contain signals (e.g. electromagnetic waves). This term refers to cases where data is stored semi-permanently in the storage medium. There is no distinction between temporary storage cases.
  • Computer program products are commodities and can be traded between sellers and buyers.
  • the computer program product may be distributed in the form of a machine-readable storage medium (e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)) or through an application store (e.g. Play StoreTM) or on two user devices (e.g. It can be distributed (e.g. downloaded or uploaded) directly between smart phones) or online.
  • a machine-readable storage medium e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)
  • an application store e.g. Play StoreTM
  • two user devices e.g. It can be distributed (e.g. downloaded or uploaded) directly between smart phones) or online.
  • at least a portion of the computer program product may be at least temporarily stored or temporarily created in a machine-readable storage medium, such as the memory of a manufacturer's server, an application store's server, or a relay server.
  • each component (e.g., module or program) of the above-described components may include a single or plural entity, and some of the plurality of entities may be separately placed in other components. there is.
  • one or more of the components or operations described above may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • multiple components eg, modules or programs
  • the integrated component may perform one or more functions of each component of the plurality of components identically or similarly to those performed by the corresponding component of the plurality of components prior to the integration. .
  • operations performed by a module, program, or other component may be executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the operations may be executed in a different order, or omitted. Alternatively, one or more other operations may be added.
  • a wireless power transmission device for spatial wireless charging may include a coil for transmitting power and a power transmission circuit.
  • the coil may be configured to generate a magnetic field to transmit wireless charging power to charge an electronic device located around the wireless power transmitting device.
  • the inductance of the resonator of the wireless power transmission device may change as the electronic device gets closer to the wireless power transmission device due to metal parts of the electronic device that require charging. Accordingly, there is a risk of matching loss between the power transmission circuit and the coil.
  • a resonator structure that can improve the matching efficiency of a power transmission circuit and at least one coil and a wireless power transmission device including the same can be provided.
  • a wireless power transmission device including a resonator structure improves power transmission efficiency to an electronic device by adjusting the input impedance of at least one coil of the wireless power transmission device according to the distance of the electronic device. It can be improved.
  • the wireless power transmission device 100 may include a resonator 101, a fixed magnetic body 131, a moving magnetic body 135, a power supply coil 140, or a moving module 150.
  • the resonator 101 may include at least one coil 110 or at least one capacitor 120.
  • the fixed magnetic body 131 may be coupled to the at least one coil.
  • the movable magnetic body 135 may be arranged to be slidably movable in a first direction on the at least one coil.
  • At least one portion of the power supply coil 140 may be coupled to the moving magnetic body.
  • the power supply coil 140 may be configured to slide and move together with the moving magnetic material.
  • the movement module 150 may be disposed on the at least one coil. The movement module 150 may provide driving force for the moving magnetic body to slide in the first direction.
  • the at least one coil may include a slot 115 formed in at least a portion of the at least one coil.
  • the movable magnetic body may be configured to slide along the slot.
  • the slot may be formed on at least one of an upper surface or a lower surface of the at least one coil.
  • the slot may be formed on an inner surface of the at least one coil.
  • the movement module may include a motor 151, a rotating rod 152, or a movement connector 153.
  • the motor 151 may be configured to provide driving force for sliding movement of the movable magnetic body.
  • the rotation rod 152 is connected to the motor and can rotate in one direction or in another direction opposite to the one direction.
  • the movable connector 153 may be fastened to the rotating rod.
  • the mobile connector 153 may be at least partially coupled to the mobile magnetic body.
  • the movable connector 153 may be configured to slide and move along the longitudinal direction of the rotary rod as the rotary rod rotates.
  • the movable connector may include a first connector portion 153a, a second connector portion 153b, or a movable hole 153c.
  • the first connector portion 153a may be coupled to at least one portion of the movable magnetic body.
  • the second connector portion 153b may be coupled to one end of the first connector portion.
  • the second connector portion 153b may be fastened to the rotating rod.
  • the moving hole 153c may be formed through at least one portion of the second connector portion. The rotating rod can be inserted into the moving hole 153c.
  • the rotating rod and the moving hole may be screw-coupled.
  • the fixed magnetic material may include a first fixed part 131a or a pair of second fixed parts 131b.
  • the pair of second fixing parts 131b may extend from both ends of the first fixing part toward the moving magnetic body.
  • the movable magnetic body may include a first movable part 135a or a pair of second movable parts 135b.
  • the first movable part 135a may face the first fixed part.
  • the pair of second moving parts 135b may extend from both ends of the first moving part toward the fixed magnetic body.
  • the pair of second moving parts 1351b may be configured to cover at least a portion of the outer surface of the pair of second fixed parts 1351a.
  • the first moving part may be disposed on one surface of the at least one coil.
  • the first fixing part may be disposed on the other surface of the at least one coil facing in a direction opposite to the one surface.
  • the one surface of the at least one coil may be an inner surface facing inside the loop shape formed by the at least one coil.
  • the one surface of the at least one coil may be at least one of the upper surface and the lower surface of the loop shape formed by the at least one coil.
  • At least one of the position or size of the area where the at least one coil overlaps with the power feeding coil may change.
  • the first direction may be substantially the same as the direction of the current flowing in the at least one coil.
  • the first direction may be different from the direction of the current flowing in the at least one coil.
  • the wireless power transmission device 100 may include a resonator 101, a fixed magnetic body 131, a moving magnetic body 135, a power supply coil 140, or a moving module 150.
  • the resonator 101 may include at least one coil 110 or at least one capacitor 120.
  • the fixed magnetic body 131 may be coupled to the at least one coil.
  • the movable magnetic body 135 may be movably disposed on the at least one coil.
  • the power supply coil 140 may be at least partially coupled to the moving magnetic body.
  • the power supply coil 140 may be configured to move together with the moving magnetic body.
  • the movement module 150 may be disposed on the at least one coil.
  • the movement module 150 may be configured to provide driving force for moving the moving magnetic body.
  • the moving magnetic body 235 may be arranged to be rotatable relative to the at least one coil.
  • the moving magnetic body 235 may be configured to at least partially cover at least a portion of the outer surface of the fixed magnetic body 231.
  • the fixed magnetic body and the moving magnetic body may have a semicircular cross-sectional shape.
  • the movable magnetic body may be configured to slide in a direction closer to the fixed magnetic body or in a direction away from the fixed magnetic body.

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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치는, 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 공진기, 상기 적어도 하나의 코일에 결합된 고정 자성체, 상기 적어도 하나의 코일에 제1 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 배치된 이동 자성체, 적어도 부분적으로 상기 이동 자성체에 결합되고, 상기 이동 자성체와 함께 슬라이드 이동하도록 구성된 급전 코일, 및 상기 적어도 하나의 코일에 배치되고, 상기 이동 자성체가 상기 제1 방향으로 슬라이드 이동하기 위한 구동력을 제공하도록 구성된 이동 모듈을 포함할 수 있다. 이외에 다양한 실시예들이 가능할 수 있다.

Description

공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치
본 문서에 개시된 다양한 실시예는 무선 전력 송신 장치에 관한 것으로, 예를 들면, 공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.
무선 충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고, 무선 전력 송신 장치(예: 충전 패드)에 올려놓기만 하면 휴대폰의 배터리가 자동으로 충전될 수 있는 기술을 말한다. 이러한 무선 충전 기술은 전자 제품에 전력 공급을 위한 커넥터를 구비하지 않아도 되어 방수기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않게 되므로 전자 장치의 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있다.
최근 무선 충전 기술이 발전하면서, 하나의 전자 장치(공진기)에서 다른 다양한 전자 장치(무선 전력 수신기)로 전력을 공급하여 충전하는 방법이 연구되고 있다. 무선 충전 기술에는 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 공진(resonance)을 이용하는 공진 방식과, 전기적 에너지를 전자기파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/microwave radiation) 방식이 있다.
최근에는 예컨대 스마트 폰과 같은 전자 장치를 중심으로 전자기 유도 방식 또는 공진 방식을 이용한 무선 충전 기술이 보급되고 있다. 공진기(power transmitting unit, PTU)(예: 무선 전력 송신 장치)와 무선 전력 수신기(power receiving unit, PRU)(예: 스마트 폰 또는 웨어러블 전자 장치)가 접촉하거나 일정 거리 이내로 접근하면, 공진기의 전송 코일과 무선 전력 수신기의 수신 코일 사이의 전자기 유도 또는 전자기 공진 등의 방법에 의해 무선 전력 수신기의 배터리가 충전될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치는, 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 공진기, 상기 적어도 하나의 코일에 결합된 고정 자성체, 상기 적어도 하나의 코일에 제1 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 배치된 이동 자성체, 적어도 부분적으로 상기 이동 자성체에 결합되고, 상기 이동 자성체와 함께 슬라이드 이동하도록 구성된 급전 코일, 및 상기 적어도 하나의 코일에 배치되고, 상기 이동 자성체가 상기 제1 방향으로 슬라이드 이동하기 위한 구동력을 제공하도록 구성된 이동 모듈을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치는, 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 공진기, 상기 적어도 하나의 코일에 결합된 고정 자성체, 상기 적어도 하나의 코일에 이동 가능하게 배치된 이동 자성체, 적어도 부분적으로 상기 이동 자성체에 결합되고, 상기 이동 자성체와 함께 이동하도록 구성된 급전 코일 및 상기 적어도 하나의 코일에 배치되고, 상기 이동 자성체가 이동하기 위한 구동력을 제공하도록 구성된 이동 모듈을 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치 및 적어도 하나의 전자 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3a, 및 도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 사시도이다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 자동 정합 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 자동 정합 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 6a는 비교예에 따른, 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리에 따른 공진기의 입력 임피던스에 대한 스미스 차트(smith chart)이다.
도 6b는 비교예에 따른, 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리에 따른 공진기의 입력 임피던스에 대한 스미스 차트(smith chart)이다.
도 6c는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리에 따른 공진기의 입력 임피던스에 대한 스미스 차트(smith chart)이다.
도 7a는 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치를 도시한다.
도 7b는 일 실시예에 따른 전력 송신 회로 및 전력 수신 회로의 상세 블록도를 도시한다.
도 8a, 및 도 8b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 자동 정합 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 9a, 및 도 9b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 사시도이다.
도 9c는 본 개시의 일 실시예에 따른, 자동 정합 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 10a, 및 도 10b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 평면도이다.
도 10c는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 사시도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시에에 따른, 적어도 하나의 코일과 이동 자성체를 나타낸 사시도이다.
도 12a, 및 도 12b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 자동 정합 모듈의 단면도이다.
도 13a, 및 도 13b는 본 개시의 일 실시에에 따른, 무선 전력 송신 장치의 사시도이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
본 개시에서, 각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1의 실시예는, 도 2 내지 도 13b의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 무선 전력 수신 장치(150)(이하, '전자 장치(150)'라 명명함)에 무선으로 전력(10)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 다양한 충전 방식에 따라 전자 장치(150)로 전력(10)을 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 유도 방식에 따라 전력(10)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 유도 방식에 의한 경우에, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터(120), 적어도 하나의 코일(110), 통신 변복조 회로 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터(120)는 적어도 하나의 코일(110)과 함께 공진 회로(101)(또는 공진기(101))를 구성할 수도 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, WPC(wireless power consortium) 표준(또는, Qi 표준)에서 정의된 방식으로 구현될 수 있다. 또, 한 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진 방식에 따라 전력(10)을 송신할 수 있다. 공진 방식에 의한 경우에는, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터(120), 적어도 하나의 코일(110), 아웃-오브-밴드(Out-of-band), 또는 근거리 통신 모듈(예: BLE(bluetooth low energy) 근거리 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터(120) 및 적어도 하나의 코일(110)은 공진 회로(101)(또는 공진기(101))를 구성할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준(또는, AFA(air fuel alliance) 표준)에서 정의된 방식으로 구현될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진 방식 또는 유도 방식에 따라 교류 전류가 흐르면 시간에 따라 크기가 변경되는 시변(time varying) 자기장을 생성할 수 있는 적어도 하나의 송신 코일(110)을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 자기장을 생성하는 과정을, 무선 전력 송신 장치(100)가 전력(10)을 출력한다 또는 무선으로 송신한다고 표현할 수 있다. 아울러, 전자 장치(150)는, 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장에 의하여 유도 기전력이 발생되는 코일을 포함할 수 있다. 전자 장치(150)가 코일을 통하여 유도 기전력을 발생시키는 과정을, 전자 장치(150)에 전력(10)이 입력된다 또는 전자 장치(150)가 전력(10)을 무선으로 수신한다고 표현할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는, 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 인-밴드(In-band) 방식에 따라 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 송신하고자 하는 데이터를 예를 들어 온/오프 키잉(on/off keying) 변조 방식에 따라, 로드(또는, 로드 임피던스)를 변경할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 코일의 전류, 전압 또는 전력의 크기 변경에 기초하여 로드 변경(또는, 로드 임피던스 변경)을 측정함으로써, 상대 장치에서 송신하는 데이터를 판단할 수 있다. 또, 한 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 아웃-오브-밴드(Out-of-Band) 방식에 따라 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 코일 또는 패치 안테나와 별도로 구비된 근거리 통신 모듈(예: BLE 통신 모듈)를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다. 무선 전력의 주파수 대역과 근거리 통신 모듈의 대역은 서로 이격되어 있다. 예를 들면, AirFuel 표준의 경우, 무선 전력의 주파수 대역은 6.78MHz이고, 근거리 통신 모듈의 주파수 대역은 2.4GHZ이다.
본 개시에서, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)가 특정 동작을 수행하는 것은, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)에 포함된 다양한 하드웨어, 예를 들어 프로세서, 코일 또는 패치 안테나 등이 특정 동작을 수행하는 것을 의미할 수 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)가 특정 동작을 수행하는 것은, 프로세서가 다른 하드웨어로 하여금 특정 동작을 수행하도록 제어하는 것을 의미할 수도 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)가 특정 동작을 수행하는 것은, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)의 저장 회로(예: 메모리)에 저장되었던 특정 동작을 수행하기 위한 인스트럭션이 실행됨에 따라, 프로세서 또는 다른 하드웨어가 특정 동작을 수행하도록 야기하는 것을 의미할 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신 장치(100)는 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)과 무선으로 전기적 연결을 형성할 수 있다. 복수 개의 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(150-1, 150-2, 150-3)(예: 스마트폰), 웨어러블 장치(150-4)(예: 와치, 무선 이어폰, AR/VR 디바이스), 휴대용 멀티 미디어 장치(예: 터치 패드, 노트북), PDA, PMP, 카메라, 휴대용 의료 기기, 또는 가전 장치(예: TV) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 밖에도 다양한 형태의 전자 장치가 적용될 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)로 무선으로 전력(10)을 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2,...,150-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신 장치(100)와 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n) 사이에 전력의 송수신이 가능한 거리는 1m 이하, 바람직하게는 30cm 이하일 수 있다. 또 한 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는 유도 방식을 통하여 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 유도 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신 장치(100)와 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n) 사이에 전력의 송수신이 가능한 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n) 중 적어도 어느 하나는 무선 전력 송신 장치(100)와 공진 방식에 의하여 전력을 수신 받고, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n) 중 적어도 다른 어느 하나는 무선 전력 송신 장치(100)와 유도 방식에 의하여 전력을 수신 받을 수도 있다.
무선 전력 송신 장치(100)에 포함된 프로세서는, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)로 무선으로 미리 설정된 전력(10)을 전송하도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)에 대하여 미리 설정된 전력은 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)에 포함된 프로세서를 구동(예: wake-up)시키기 위해 설정된 크기의 전력일 수 있다. 미리 설정된 전력(10)은 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 다양한 정보(예컨대,전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 다양한 유형, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 다양한 요구 전력 정보, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 다양한 전력과 관련된 전압 또는 전류 정보, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 다양한 정격(rating)(예컨대, 실효값) 정보, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 orientation 정보(예컨대, 자세 정보))를 고려하여 설정될 수 있다. 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)로 전송되는 전력(10)의 크기는 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)마다 동일할 수 있지만, 서로 상이할 수도 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는, 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)과 각각, 동시에 또는 순차적으로, 선택적으로 또는 독립적으로, 통신을 수행할 수도 있다. 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)은 각각 무선 전력 송신 장치(100)와 송신하고자 하는 데이터를 인-밴드 또는 아웃-오브-밴드 중 어느 하나의 방식에 따라 송수신 할 수 있다.
여기에서 데이터는, 복수 개의 전자 장치들 각각의 전력 수신을 제어하기 위한 데이터일 수 있다. 또한, 상기 데이터는 복수 개의 전자 장치들(150-1,150-2, ... ,150-n)의 다양한 정보를 포함할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치 및 적어도 하나의 전자 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3a, 및 도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2 내지 도 3b의 실시예들은, 도 1의 실시예, 또는 도 4 내지 도 13b의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)(예: 도 1의 무선 전력 송신 장치(100))는, 공진기(101)(예: 도 1의 공진기(101)), 및 자동 정합 모듈(131, 135)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 공진기(101)는, 적어도 하나의 코일(110)(예: 도 1의 코일(110)) 및 적어도 하나의 커패시터(120)(예: 도 1의 커패시터(120))를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(110)은, 루프형 또는 링형의 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 적어도 하나의 코일(110)은 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(110)은, 적어도 일 부분이 인접된 부분과 절개된 형상, 또는 이격된 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 절개된 부분 또는 이격된 부분에 상기 적어도 하나의 커패시터(120)가 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(110)은, 적어도 하나의 코일(110)의 내부에 형성된 내부 공간(예: 도 4의 내부 공간(111))을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 내부 공간(111)에는, 각종 전자 부품들(예: 도 7a의 프로세서(202), 근거리 통신모듈(203), 또는 메모리(205))이 수용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 내부 공간(111)에는, 전력 송신 회로(예: 도 7a의 전력 송신 회로(209))가 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(110)에 전류가 인가될 때, 표면 효과(skin effect)에 의해 적어도 하나의 코일(110)의 표면(예: 외표면)에만 전류가 흐를 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일(110)의 내부(또는 내표면)에는 전류가 흐르지 않으므로, 상기 내부 공간(110)에는 자속이 상쇄될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)는, 주변에 위치한 전자 장치(150)에 대한 전력 송신 방식으로써 공진 방식을 채택할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진기(101)를 이용하여 전자 장치(150)에 대한 전력 출력 또는 전송 기능을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)의 전력 송신 회로(예: 도 7a의 전력 송신 회로(209))는, 적어도 하나의 코일(110)을 통해 전자기장 형태의 전력(10)을 전자 장치(150)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(150)는, 전력 수신 회로(예: 도 7a의 전력 수신 회로(259))의 수신 공진기(예: 도 7b의 수신 공진기(281))가, 상기 전자기장 형태의 전력(10)을 수신하여 배터리(예: 도 7a의 배터리(254))를 충전할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)는, 자동 정합 모듈(131, 135)을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 자동 정합 모듈(131, 135)은, 고정 자성체(131), 및 이동 자성체(135)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 고정 자성체(131)는, 적어도 하나의 코일(110)에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 고정 자성체(131)는, 적어도 하나의 코일(110)의 적어도 일부를 커버하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 고정 자성체(131)는, 페라이트(ferrite)로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 고정 자성체(131)의 적어도 일 부분은, 적어도 하나의 코일(110)에 고정될 수 있다. 이에 따라, 고정 자성체(131)는, 적어도 하나의 코일(110)에 대해 고정된 위치를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(135)는, 적어도 하나의 코일(110)에 슬라이드 이동 가능하게 결합될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이동 자성체(135)는, 적어도 하나의 코일(110)의 적어도 일부를 커버하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(135)는, 페라이트(ferrite)로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(135)는, 적어도 하나의 코일(110)에 형성된 슬롯(115)을 따라 슬라이드 이동될 수 있다. 예를 들어, 상기 슬롯(115)은, 적어도 하나의 코일(110)을 흐르는 전류의 흐름 방향과 실질적으로 동일한 방향인 제1 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 방향은, 적어도 하나의 코일(110) 중에서 고정 자성체(131)가 결합된 부분의 연장 방향일 수 있다. 예를 들어, 상기 이동 자성체(135)는, 상기 제1 방향을 따라 슬라이드 이동될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 슬롯(115)은, 적어도 하나의 코일(110)의 상면 또는 하면 중 적어도 일 부분에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(135)는, 후술하는 이동 모듈(예: 도 4의 이동 모듈(150))로부터 제공되는 동력에 기반하여, 상기 슬롯(115)을 따라 제1 방향으로 슬라이드 이동될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)는, 급전 코일(예: 도 3a 내지 도 3b의 급전 코일(140))을 더 포함할 수 있다.
도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 급전 코일(140)은, 이동 자성체(135)의 적어도 일 부분에 고정될 수 있다. 또한, 급전 코일(140)은, 이동 자성체(135)가 슬라이드 이동될 때, 이동 자성체(135)와 함께 슬라이드 이동될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 급전 코일(140)은, 적어도 일 부분이 루프형 또는 링형의 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 급전 코일(140)은, 적어도 하나의 코일(110)에 유도 기전력을 야기하도록 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 급전 코일(140)과 적어도 하나의 코일(110)은 상호 유도되도록 형성될 수 있다. 급전 코일(140)은, 외부 전력(또는 외부 전원)이 인가되는 급전 포트(미도시)를 더 포함할 수 있다.
일 실시에에 따르면, 급전 코일(140)은, 급전 루프, 또는 급전 구조로 지칭될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 급전 코일(140)은, 구리(copper) 재질로 형성된 인덕터일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 급전 코일(140) 및 이동 자성체(135)가 슬라이드 이동됨으로써, 공진기(101)의 공진 주파수가 변화(또는 제어)될 수 있다.
도 2 내지 도 3b를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는, 전력 송신 회로(예: 도 7a의 전력 송신 회로(209))와 공진기(101)의 정합(matching) 효율을 조절하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 전자 장치(150)가 무선 전력 송신 장치(100)에 가까워지면, 전자 장치(150) 및 전자 장치(101)의 금속 부품에 의해 무선 전력 송신 장치(100)의 공진기(101)의 인덕턴스 변화가 발생할 수 있다. 이에 따라, 공진기(101)의 공진 주파수가 변화되며, 전자 장치(150)에 대한 전력(10)의 전송 효율의 저하가 발생할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신 장치(100)와 전자 장치(150)의 거리가 달라지면, 전력(10)의 전송 거리에 따라 무선 전력 송신 장치(100)와 전자 장치(150)의 커플링 계수(coupling coefficient)가 변경될 수 있고, 이는 공진기(101)의 입력 임피던스를 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신 장치(100)의 전력 송신 회로(예: 도 7a의 전력 송신 회로(209)) 및 공진기(101)의 정합 손실에 따라, 전송 효율 또는 공진 효율의 저하가 발생할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)는, 자동 정합 모듈(131, 135) 및 급전 코일(140)을 통해, 공진기(101)의 입력 임피던스를 조절할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(135)가 고정 자성체(131)에 대해 슬라이드 이동될 때, 공진기(101)의 입력 임피던스의 허수 값이 조절될 수 있다. 예를 들어, 이동 자성체(135)는, 고정 자성체(131)에 대한 상대적인 위치가 변경될 수 있고, 이에 따라 공진기(101)의 입력 임피던스의 허수 값이 조절될 수 있다. 또한, 급전 코일(140)이 이동 자성체(135)와 함께 슬라이드 이동될 때, 공진기(101)의 입력 임피던스의 절대 값이 조절될 수 있다. 예를 들어, 급전 코일(140)이 슬라이드 이동되면, 급전 코일(140)의 내부 영역과 적어도 하나의 코일(110)의 내부 영역이 중첩되는 영역(S1, S2)의 위치가 변경됨으로써, 적어도 하나의 코일(110)에 야기되는 유도 기전력이 조절될 수 있다. 이에 따라, 공진기(101)의 입력 임피던스의 절대 값이 조절될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)는, 무선 전력 송신 장치(100)와 전자 장치(150)의 거리에 따라, 전력(10) 송신을 위한 정합 효율이 향상되도록 이동 자성체(135) 및 급전 코일(140)을 슬라이드 이동시킬 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치를 나타낸 사시도이다.
도 4의 실시예는, 도 1 내지 도 3b의 실시예들, 또는 도 5a 내지 도 13b의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)(예: 도 1 내지 도 3b의 무선 전력 송신 장치(100))는, 지지 부재(160) 및 이동 모듈(150)을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 지지 부재(160)는, 비금속 재질(예: 폴리머)로 형성될 수 있고, 적어도 하나의 코일(110)의 내부 공간(111)에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 지지 부재(160)는, 적어도 하나의 코일(110)(예: 도 1 내지 도 3b의 코일(110))의 내주면에 결합될 수 있다. 또한, 지지 부재(160)는, 적어도 하나의 코일(110)을 지지하고, 적어도 하나의 코일(110) 내부에 배치된 부품들을 보호할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 모듈(150)은, 적어도 하나의 코일(110)의 내부 공간(111)에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이동 모듈(150)은, 모터(151), 회전 로드(152), 및 이동 커넥터(153)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 모터(151)는, 이동 자성체(135)를 슬라이드 이동시키기 위한 구동력을 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 모터(151)는, 모터(151)와 연결된 회전 로드(152)를 일 방향 또는 상기 일 방향과 반대 방향인 타 방향으로 회전시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 회전 로드(152)는, 모터(151)와 연결되고, 모터(151)에 의해 회전되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 회전 로드(152)는, 외주면에 나사산, 또는 나사골이 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 커넥터(153)는, 회전 로드(152)에 슬라이드 이동 가능하게 체결될 수 있다. 또한, 이동 커넥터(153)는, 이동 자성체(135)와 결합될 수 있다. 예를 들어, 이동 커넥터(153)의 적어도 일 부분은, 슬롯(115)을 관통하여 이동 자성체(135)에 결합될 수 있다.
또한, 이동 커넥터(153)는, 회전 로드(152)의 나사산, 또는 나사골과 대응하는 나사골, 또는 나사산이 형성된 이동 홀(예: 도 5a 내지 도 5b의 이동 홀(153c))을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이동 커넥터(153)는, 이동 홀이 회전 로드(152)에 체결되어, 회전 로드(152)의 회전에 따라 슬라이드 이동될 수 있다. 이에 따라, 이동 커넥터(153)와 연결된 이동 자성체(135)도 함께 슬라이드 이동될 수 있다. 예를 들어, 상기 회전 로드(152)와 상기 이동 홀(예: 도 5a 내지 도 5b의 이동 홀(153c))은, 나사 결합될 수 있다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 자동 정합 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 5a의 실시예는, 도 1 내지 도 4의 실시예들, 또는 도 5b 내지 도 13b의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 고정 자성체(131)(예: 도 2 내지 도 4의 고정 자성체(131))는, 제1 고정 부분(131a) 및 제1 고정 부분(131a)의 양측 단부에서 같은 방향을 향해 연장된 한 쌍의 제2 고정 부분(131b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 제2 고정 부분(131b)은, 이동 자성체(135)를 향해 연장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(135)(예: 도 2 내지 도 4의 이동 자성체(135))는, 제1 이동 부분(135a) 및 제1 이동 부분(135a)의 양측 단부에서 같은 방향을 향해 연장된 한 쌍의 제2 이동 부분(135b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 제2 이동 부분(135b)은, 고정 자성체(131)를 향해 연장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 고정 자성체(131)와 이동 자성체(135)는, 서로 상응하게 배치될 때, 적어도 하나의 코일(110)의 일부를 전반적으로 커버하는 폐쇄 구조를 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 커넥터(135)(예: 도 4의 이동 커넥터(135))는, 이동 자성체(135)의 제1 이동 부분(135a)에 결합된 제1 커넥터 부분(153a), 및 제1 커넥터 부분(153a)의 일단에 형성되고 상기 회전 로드(152)에 결합되는 제2 커넥터 부분(153b)을 포함할 수 있다. 또한, 이동 커넥터(135)는, 제2 커넥터 부분(153b)에 형성되고, 회전 로드(152)가 삽입되는 이동 홀(153c)을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 이동 부분(135a)은, 적어도 하나의 코일(110)의 일면(예: 상면)에 배치되고, 제1 고정 부분(131a)은, 적어도 하나의 코일(110)의 상기 일면과 반대 방향을 향하는 타면(예: 하면)에 배치될 수 있다.
도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 자동 정합 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 5b의 실시예는, 도 1 내지 도 5a의 실시예들, 또는 도 6a 내지 도 13b의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 고정 자성체(1311)(예: 도 2 내지 도 4의 고정 자성체(131))는, 제1 고정 부분(1311a) 및 제1 고정 부분(1311a)의 양측 단부에서 같은 방향을 향해 연장된 한 쌍의 제2 고정 부분(1311b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 제2 고정 부분(1311b)은, 이동 자성체(1351)를 향해 연장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(1351)(예: 도 2 내지 도 4의 이동 자성체(135))는, 제1 이동 부분(1351a) 및 제1 이동 부분(1351a)의 양측 단부에서 같은 방향을 향해 연장된 한 쌍의 제2 이동 부분(1351b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 제2 이동 부분(1351b)은, 고정 자성체(1311)를 향해 연장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 한 쌍의 제2 이동 부분(1351b)은, 한 쌍의 제2 고정 부분(1311b)의 측면(예: 외측면)의 적어도 일부를 커버하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 고정 자성체(1311)와 이동 자성체(1351)는, 서로 상응하게 배치될 때, 적어도 하나의 코일(110)의 일부를 전반적으로 커버하는 폐쇄 구조를 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 커넥터(1351)(예: 도 4의 이동 커넥터(135))는, 이동 자성체(1351)의 제1 이동 부분(1351a)에 결합된 제1 커넥터 부분(1531a), 및 제1 커넥터 부분(1531a)의 일단에 형성되고 상기 회전 로드(152)에 결합되는 제2 커넥터 부분(1531b)을 포함할 수 있다. 또한, 이동 커넥터(1351)는, 제2 커넥터 부분(1531b)에 형성되고, 회전 로드(152)가 삽입되는 이동 홀(1531c)을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 이동 부분(1351a)은, 적어도 하나의 코일(110)의 일면(예: 상면)에 배치되고, 제1 고정 부분(1311a)은, 적어도 하나의 코일(110)의 상기 일면과 반대 방향을 향하는 타면(예: 하면)에 배치될 수 있다.
도 6a는 비교예에 따른, 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리에 따른 공진기의 입력 임피던스에 대한 스미스 차트(smith chart)이다.
도 6b는 비교예에 따른, 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리에 따른 공진기의 입력 임피던스에 대한 스미스 차트(smith chart)이다.
도 6c는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리에 따른 공진기의 입력 임피던스에 대한 스미스 차트(smith chart)이다.
도 6a 내지 도 6c에서, 고효율 영역(A)은, 전자 장치(10)에 대한 전력 전송의 효율이 높은 입력 임피던스의 영역을 나타낸다.
도 6a의 비교예는, 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리가 변경될 때, 공진기의 입력 임피던스를 튜닝하지 않는 경우의 스미스 차트이다.
도 6a를 참조하면, 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리가 10cm 이상일 때, 공진기의 입력 임피던스는 고효율 영역(A)에 위치할 수 있다(B1 내지 B2의 구간). 그러나, 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리가 10cm 미만일 때, 공진기의 입력 임피던스는 고효율 영역(A)에 위치하지 않을 수 있다(B2 내지 B3의 구간). 상기 B2 내지 B3 구간을 살펴보면, 공진기의 입력 임피던스의 허수 값 또는 절대 값 중 적어도 하나가 고효율 영역(A)에 위치하지 않음을 확인할 수 있다.
도 6b의 비교예는, 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리가 변경될 때, 공진기의 입력 임피던스 중 허수 값을 튜닝하고, 절대 값을 튜닝하지 않는 경우의 스미스 차트이다.
도 6b의 비교예는, 이동 자성체는 슬라이드 이동됨으로써 공진기의 입력 임피던스 중 허수 값이 조절되고, 급전 코일은 슬라이드 이동되지 않음으로써 공진기의 입력 임피던스 중 절대 값이 조절되지 않을 수 있다.
도 6b를 참조하면, 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리가 2cm 이상일 때, 공진기의 입력 임피던스는 고효율 영역(A)에 위치할 수 있다(C1 내지 C2의 구간). 그러나, 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리가 2cm 미만일 때, 공진기의 입력 임피던스는 고효율 영역(A)에 위치하지 않을 수 있다(C2 내지 C3의 구간). 상기 C2 내지 C3 구간을 살펴보면, 공진기의 입력 임피던스의 절대 값이 고효율 영역(A)에 위치하지 않음을 확인할 수 있다.
도 6c는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리가 변경될 때, 공진기의 입력 임피던스의 허수 값과 절대 값을 튜닝한 경우의 스미스 차트이다.
도 6c의 비교예는, 이동 자성체는 슬라이드 이동됨으로써 공진기의 입력 임피던스 중 허수 값이 조절되고, 급전 코일이 이동 자성체와 함께 슬라이드 이동됨으로써 공진기의 입력 임피던스 중 절대 값이 조절될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 무선 전력 송신 장치와 전자 장치의 거리가 0cm 이상일 때, 공진기의 입력 임피던스는 고효율 영역(A)에 위치할 수 있다(D1 내지 D2의 구간).
도 7a는 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치를 도시한다. 도 7b는 일 실시예에 따른 전력 송신 회로 및 전력 수신 회로의 상세 블록도를 도시한다.
도 7a, 및 도 7b의 실시예들은, 도 1 내지 도 6c의 실시예들, 또는 도 8a 내지 도 13b의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 7a를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)(예: 도 1 내지 도 4의 무선 전력 송신 장치(100))는, 프로세서(202), 근거리 통신 모듈(203), 메모리(205), 전력 어댑터(208), 또는 전력 송신 회로(209) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 전자 장치(150)(예: 도 1 내지 도 2의 전자 장치(150))는, 차저(charger)(251), 프로세서(252), 근거리 통신 모듈(253), 배터리(254), 메모리(255), 또는 전력 수신 회로(259) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 송신 회로(209)는 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라 무선으로 전력(261)을 송신할 수 있다. 전력 송신 회로(209) 및 전력 수신 회로(259)의 상세 구성에 대하여서는 이하, 도면 2b를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 프로세서(202)는, 무선 전력 송신 장치(100)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202)는, 전력(261)의 송신 여부를 결정하거나, 전력(261)의 크기를 제어하거나, 또는 전자 장치(150)의 적어도 하나의 기능(예를 들어, 충전의 개시 또는 충전의 중단)을 제어할 수도 있다. 프로세서(202) 또는 프로세서(252)는, CPU와 같은 범용 프로세서, 마이크로 프로세서, MCU(micro controlling unit), FPGA(field programmable gate array) 등의 연산을 수행할 수 있는 다양한 회로로 구현될 수 있으며, 그 종류에는 제한이 없다. 프로세서(202)는, 근거리 통신 모듈(203)을 통하여 전자 장치(150)와 데이터(262)를 송수신할 수 있다. 데이터는, 무선 전력 송수신의 제어에 이용될 수 있다. 근거리 통신 모듈(203) 및 근거리 통신 모듈(253)은, 예를 들어 아웃-오브-밴드 통신 방식의 근거리 통신 모듈(예: 블루투스 통신 모듈(BT, BLE), 또는 NFC 통신 모듈)로 구현되거나, 또는 인-밴드 통신 방식의 부하 변조 통신 모듈로 구현될 수 있다. 인-밴드 통신 방식인 경우, 부하 변조 통신 모듈은, 예를 들어 전력 수신 회로(259)의 코일에 직접 또는 다른 소자를 통하여 연결된 스위치와, 스위치를 통하여 코일에 직접 또는 다른 소자를 통하여 연결된 더미 로드(예: 더미 저항 또는 더미 커패시터)를 포함할 수 있다. 부하 변조 통신 모듈은, 스위치의 온/오프 과정에서 검출되는 전력 송신 회로(209) 내 코일에 인가되는 전압, 또는 전류의 변경에 기반하여 정보를 확인할 수 있다. 전력 어댑터(208)는, 전력 소스(206)로부터 전력을 수신하여 전력 송신 회로(209)로 제공할 수 있다. 전력 어댑터(208)는, 예를 들어 전력 인터페이스일 수 있으며, 다양한 실시예의 구현에 따라 무선 전력 송신 장치(100)에 포함되지 않을 수도 있다.
일 실시예에 따른 전력 수신 회로(259)는 전력 송신 회로(209)로부터 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 전력 수신 회로(259)는, 수신된 교류 파형의 전력을 직류 파형으로 정류하거나, 전압을 컨버팅(converting)하거나, 전력을 레귤레이팅(regulating)하는 전력 처리를 수행할 수 있다. 차저(251)는, 수신된 레귤레이팅된 전력(예: DC 전력)을 이용하여 배터리(254)를 충전할 수 있다. 차저(251)는, 수신된 전력의 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 조정하여 배터리(254)로 전달할 수 있다. 배터리(254)는, 전력을 저장하고 있다가 다른 하드웨어로 전달할 수 있다. 도시되지는 않았지만, PMIC(power management integrated circuit)(미도시)가 전력 수신 회로(259)로부터 전력을 수신하여 다른 하드웨어로 전달하거나, 또는 배터리(254)로부터 전력을 수신하여 다른 하드웨어로 전달할 수도 있다. 또한 차저(251)은 PMIC에 포함되어 제공될 수 있다.
프로세서(252)는, 전자 장치(150)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 메모리(255)는, 전자 장치(150)의 전반적인 동작의 수행을 위한 인스트럭션이 저장될 수 있다. 메모리(205)에는, 무선 전력 송신 장치(100)의 전반적인 동작의 수행을 위한 인스트럭션이 저장될 수 있으며, 또는 근거리 통신 모듈(203)를 통하여 획득된 정보와 송신하여야 하는 전력의 크기 사이의 관계에 대한 룩업테이블 또는 획득된 정보와 송신하여야 하는 전력의 크기 사이의 관계에 대한 수학식 정보 등이 저장될 수 있다. 메모리(205) 또는 메모리(255)는, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 또는 플래시 메모리 등의 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 구현 형태에는 제한이 없다.
도 7b를 참조하면, 전력 송신 회로(209)는, 전력 증폭기(271), 매칭 회로(272)(또는 매칭 네트워크), 및 송신 공진 회로(273)를 포함할 수 있다. 전력 증폭기(271) 또는 인버터 회로는, 전력 어댑터(208)로부터 수신된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 교류 전력의 주파수는, 표준에 따라 100kHz 내지 205kHz 또는 6.78MHz 등으로 설정될 수 있으나, 제한은 없다. 매칭 회로(272)는, 프로세서(202)의 제어에 따라 송신 공진 회로(273)와 연결되는 회로의 커패시턴스 또는 리액턴스 중 적어도 하나를 변경함으로써, 전력 송신 회로(209) 및 전력 수신 회로(259)가 서로 임피던스 매칭되도록 할 수 있다. 송신 공진 회로(273)는 적어도 하나의 코일과 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 송신 공진 회로(273)에 교류 전력(또는 전류)이 인가되면, 송신 공진 회로(273)로부터 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장이 형성될 수 있으며, 이에 따라 전자 장치(150)의 전력 수신 회로(259)로 전자기장 형태의 전력을 출력 또는 전송할 수 있다. 전력 수신 회로(259)의 수신 공진기(281)에는, 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장에 의하여 유도 기전력이 발생할 수 있으며, 이에 따라 전력 수신 회로(259)는 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 수신 공진기(281)는 도면에 도시되진 않았지만, 적어도 하나의 코일과 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 정류 회로(282)는, 수신된 교류 파형의 전력을 정류할 수 있다. 컨버팅 회로(283)는 정류된 전력의 전압을 조정하여 PMIC 또는 차저로 전달할 수 있다. 전력 수신 회로(259)는 레귤레이터를 더 포함할 수도 있으며, 또는 컨버팅 회로(283)가 레귤레이터로 치환될 수도 있다. 매칭 회로(284)는, 프로세서(252)의 제어에 따라 수신 공진기(281)와 연결되는 회로의 커패시턴스 또는 리액턴스 중 적어도 하나를 변경함으로써, 전력 송신 회로(209) 및 전력 수신 회로(259)가 서로 임피던스 매칭되도록 할 수 있다.
도 7a를 다시 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 적어도 하나의 센서(207)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 센서(207)는 무선 전력 송신 장치(100)의 전압과 전류를 측정하는 센서일 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는 적어도 하나의 센서(207)를 통해 이하 후술하는 전력 증폭기(271)의 출력 임피던스, 및/또는 송신 공진 회로(273)의 입력 임피던스(예: 매칭 회로(272) 로부터 송신 공진 회로(273)로 입력되는 신호의 임피던스)를 측정할 수 있다. 예를 들어, 센서(207)를 이용해 송신 전압(VTX_IN) 및 송신 전류(ITX_IN)를 측정함으로써 전력 소모량을 모니터링 가능하고, 이를 통해 송신 공진 회로(273)의 입력 임피던스의 변화를 검출할 수 있다. 임피던스 변화를 검출하면, 무선 전력을 수신하는 전자 장치(150)의 거치/회수 여부, 이물질 감지 여부, 전력 수신량의 변화 등을 확인할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)에서 복수의 전자 장치(150)를 충전하는 중 어느 하나의 전자 장치가 이동하여 무선 전력 송신 장치(100)와의 거리가 가까워지게 되면, 다른 전자 장치의 수신 전력 및 효율이 감소할 수 있다. 프로세서(202)는 검출된 임피던스의 변화를 고려하여, 기 지정된 알고리즘에 따라 또는 사용자로부터 입력된 명령에 따라 상기 복수의 전자 장치(150)에 대한 무선 전력의 송신 및 효율을 제어할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치(150)는 적어도 하나의 센서(257)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 전자 장치(150)는 적어도 하나의 센서(257)(예컨대, 모션 센서)를 통해 전자 장치(150)의 움직임을 스스로 감지할 수 있다. 상기 움직임을 감지하기 위한 모션 센서는, 그 예로서 자이로 센서, 가속도 센서, 각속도 센서, 중력 센서, 지자기 센서, 적외선 센서 중 적어도 어느 하나의 센서를 포함할 수 있다. 단 센서의 종류는 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 전자 장치(150)는 적어도 하나의 센서(257)를 이용하여 정류회로(282)에서 출력되는 전압(VRECT)을 측정할 수도 있다. 측정된 출력 전압(VRECT)에 기반하여, 전자 장치(150)와 무선 전력 송신 장치(100)와의 위치 관계 변화(공진기와 가까워졌는지, 멀어졌는지)를 확인할 수 있다. 상기 센서(257)를 통해 센싱된 데이터는 프로세서(252)로 제공되고, 프로세서(252)가 수신한 데이터는 근거리 통신 모듈(253)을 통해 무선 전력 송신 장치(100)로 제공될 수 있다.
도 8a, 및 도 8b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 자동 정합 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 8a 내지 도 8b의 실시예들은, 도 1 내지 도 7b의 실시예들, 또는 도 9a 내지 도 13b의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 8a 내지 도 8b를 참조하면, 고정 자성체(231)(예: 도 2 내지 도 4의 고정 자성체(131))는, 반원의 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 이동 자성체(235)(예: 도 2 내지 도 4의 이동 자성체(135))는, 반원의 형상으로 형성될 수 있다. 이동 자성체(235)의 곡률 반경은, 고정 자성체(231)의 곡률 반경보다 클 수 있다. 예를 들어, 고정 자성체(231)와 이동 자성체(235)는, 반원의 단면 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 커넥터(253)(예: 도 4의 이동 커넥터(153))는, 제1 커넥터 부분(253a), 제2 커넥터 부분(253b), 및 회전 홀(253c)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 회전 홀(253c)은, 회전 로드(152)(예: 도 4의 회전 로드(152))에 고정될 수 있다. 이에 따라, 모터(151)(예: 도 4의 모터(151))에 의해 회전 로드(152)가 회전될 때, 회전 로드(152)에 고정된 이동 커넥터(253)가 함께 회전될 수 있다. 이정 자성체(235)는, 이동 커넥터(253)에 의해 회전됨으로써, 고정 자성체(231)에 대한 상대적인 위치가 변경될 수 있다. 예를 들어, 이동 자성체(235)는, 적어도 하나의 코일(110)(예: 도 1 내지 도 4의 적어도 하나의 코일(110))에 대해 상대적으로 회전 가능하게 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(235)는, 적어도 하나의 코일(110)에 대해 상대적으로 회전함으로써, 적어도 일부가 고정 자성체(231)의 외측면 중 적어도 일부를 커버할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 고정 자성체(231)에 대한 이동 자성체(235)의 위치가 변할 때, 공진기(101)의 입력 임피던스의 허수 값이 조절될 수 있다.
도 9a, 및 도 9b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 사시도이다. 도 9c는 본 개시의 일 실시예에 따른, 자동 정합 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c의 실시예들은, 도 1 내지 도 8b의 실시예들, 또는 도 10a 내지 도 13b의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)(예: 도 1 내지 도 4의 무선 전력 송신 장치(100))는, 적어도 하나의 코일(310)(예: 도 1 내지 도 4의 적어도 하나의 코일(110)), 적어도 하나의 커패시터(320)(예: 도 1 내지 도 4의 적어도 하나의 커패시터(120))를 포함하는 공진기(301)(예: 도 1 내지 도 4의 공진기(110)), 고정 자성체(331)(예: 도 2 내지 도 4의 고정 자성체(131)), 이동 자성체(335)(예: 도 2 내지 도 4의 이동 자성체(135)), 및 이동 커넥터(353)(예: 도 4의 이동 커넥터(153))를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(335)는, 적어도 하나의 코일(310)에 형성된 슬롯(미도시)를 따라 슬라이드 이동됨으로써, 고정 자성체(131)에 대한 상대적인 위치가 변경될 수 있다. 이에 따라, 공진기(301)의 입력 임피던스의 허수 값이 조절될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 고정 자성체(331)는, 제1 고정 부분(331a) 및 제1 고정 부분(331a)의 양측 단부에서 같은 방향을 향해 연장된 한 쌍의 제2 고정 부분(331b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 제2 고정 부분(331b)은, 이동 자성체(351)를 향해 연장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(351)는, 제2 이동 부분(351a) 및 제2 이동 부분(351a)의 양측 단부에서 같은 방향을 향해 연장된 한 쌍의 제2 이동 부분(351b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 제2 이동 부분(351b)은, 고정 자성체(331)를 향해 연장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 한 쌍의 제2 이동 부분(351b)은, 한 쌍의 제2 고정 부분(331b)의 측면(예: 외측면)의 적어도 일부를 커버하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 고정 자성체(331)와 이동 자성체(351)는, 서로 상응하게 배치될 때, 적어도 하나의 코일(110)의 일부를 전반적으로 커버하는 폐쇄 구조를 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 커넥터(353)는, 이동 자성체(351)의 제1 이동 부분(351a)에 결합된 제1 커넥터 부분(353a), 및 제1 커넥터 부분(353a)의 일단에 형성되고 상기 회전 로드(152)에 결합되는 제2 커넥터 부분(353b)을 포함할 수 있다. 또한, 이동 커넥터(353)는, 제2 커넥터 부분(353b)에 형성되고, 회전 로드(152)가 삽입되는 이동 홀(353c)을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 이동 부분(351a)은, 적어도 하나의 코일(310)의 내측면(예: 루프의 내부를 향하는 면)에 배치될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 코일(310)에 형성된 슬롯(미도시)은, 적어도 하나의 코일(310)의 상기 내측면에 형성되어, 제1 커넥터 부분(353a)이 상기 슬롯에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 이동 부분(335a)은, 적어도 하나의 코일(310)의 일면(예: 적어도 하나의 코일(310)이 형성하는 루프 형상의 내부를 향하는 내측면)에 배치되고, 제1 고정 부분(331a)은, 적어도 하나의 코일(310)의 상기 일면과 반대 방향을 향하는 타면(예: 적어도 하나의 코일(310)이 형성하는 루프 형상의 외부를 향하는 외측면)에 배치될 수 있다.
도 10a, 및 도 10b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 평면도이다. 도 10c는 본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 사시도이다. 도 11은 본 개시의 일 실시에에 따른, 적어도 하나의 코일과 이동 자성체를 나타낸 사시도이다. 도 12a 내지 도 12b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 자동 정합 모듈의 단면도이다.
도 10a 내지 도 12b의 실시예들은, 도 1 내지 도 9b의 실시예들, 또는 도 13a 내지 도 13b의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 10a 내지 도 12b를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)(예: 도 1 내지 도 4의 무선 전력 송신 장치(100))는, 적어도 하나의 코일(410)(예: 도 1 내지 도 4의 코일(110)), 적어도 하나의 커패시터(420)(예: 도 1 내지 도 4의 커패시터(420))를 포함하는 공진기(401)(예: 도 1 내지 도 4의 공진기(101)), 고정 자성체(431)(예: 도 1 내지 도 4의 고정 자성체(131)), 이동 자성체(435)(예: 도 1 내지 도 4의 이동 자성체(135)), 및 이동 모듈(450)(예: 도 4의 이동 모듈(150))을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)는, 적어도 하나의 코일(410)로부터 연장된 브라켓 부분(414)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 브라켓 부분(414)은, 적어도 하나의 코일(410)의 일부 영역으로 정의될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 브라켓 부분(414)은, 적어도 하나의 코일(410)의 측면(예: 외측면)의 적어도 일 부분으로부터 적어도 하나의 코일(410)의 바깥 방향을 향해 연장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 브라켓 부분(414)은, 적어도 하나의 코일(410)을 흐르는 전류의 흐름 방향에 대해 수직한 방향인 제1 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제1 방향은, 적어도 하나의 코일(410)이 형성하는 루프 형상의 내부에서 외부를 향하는 방향, 또는 그 반대 방향으로 정의될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 슬롯(415)은, 상기 제1 방향을 따라 상기 브라켓 부분(414)에 형성될 수 있다.
이에 따라, 이동 자성체(435)는, 상기 제1 방향을 따라 슬라이드 이동될 수 있다. 예를 들어, 이동 자성체(435)는, 적어도 하나의 코일(410)이 형성하는 루프 형상의 내부를 향하도록 슬라이드 이동되거나, 루프 형상의 외부를 향하도록 슬라이드 이동될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(435)가 고정 자성체(431)에 대해 슬라이드 이동될 때, 공진기(401)의 입력 임피던스의 허수 값이 조절될 수 있다. 예를 들어, 이동 자성체(435)는, 고정 자성체(431)에 대한 상대적인 위치가 변경될 수 있고, 이에 따라 공진기(101)의 입력 임피던스의 허수 값이 조절될 수 있다. 또한, 급전 코일(440)이 이동 자성체(435)와 함께 슬라이드 이동될 때, 공진기(401)의 입력 임피던스의 절대 값이 조절될 수 있다. 예를 들어, 급전 코일(440)이 슬라이드 이동되면, 급전 코일(440)의 내부 영역과 적어도 하나의 코일(410)의 내부 영역이 중첩되는 영역(T1, T2)의 위치 및 크기가 변경됨으로써, 적어도 하나의 코일(410)에 야기되는 유도 기전력이 조절될 수 있다. 이에 따라, 공진기(401)의 입력 임피던스의 절대 값이 조절될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 고정 자성체(431)는, 적어도 하나의 코일(410)의 루프 형상의 내부를 향하는 내측면에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 모듈(450)은, 브라켓 부분(414)의 내부 공간에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이동 모듈(450)은, 모터(451), 회전 로드(452), 및 이동 커넥터(453)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 모터(451)는, 이동 자성체(435)를 슬라이드 이동시키기 위한 구동력을 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 모터(451)는, 모터(451)와 연결된 회전 로드(452)를 일 방향 또는 상기 일 방향과 반대 방향인 타 방향으로 회전시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 회전 로드(452)는, 모터(451)와 연결되고, 모터(451)에 의해 회전되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 회전 로드(452)는, 외주면에 나사산, 또는 나사골이 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 커넥터(453)는, 회전 로드(452)에 슬라이드 이동 가능하게 체결될 수 있다. 또한, 이동 커넥터(453)는, 이동 자성체(435)와 결합될 수 있다. 예를 들어, 이동 커넥터(453)의 적어도 일 부분은, 슬롯(415)을 관통하여 이동 자성체(435)에 결합될 수 있다.
또한, 이동 커넥터(453)는, 회전 로드(452)의 나사산, 또는 나사골과 대응하는 나사골, 또는 나사산이 형성된 이동 홀(453c)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이동 커넥터(453)는, 이동 홀이 회전 로드(452)에 체결되어, 회전 로드(452)의 회전에 따라 슬라이드 이동될 수 있다. 이에 따라, 이동 커넥터(453)와 연결된 이동 자성체(435)도 함께 슬라이드 이동될 수 있다.
도 13a, 및 도 13b는 본 개시의 일 실시에에 따른, 무선 전력 송신 장치의 사시도이다.
도 13a 내지 도 13b의 실시예들은, 도 1 내지 도 12b의 실시예들과 결합 가능할 수 있다.
도 13a 내지 도 13b를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)(예: 도 1 내지 도 4의 무선 전력 송신 장치(100))는, 적어도 하나의 코일(510)(예: 도 1 내지 도 4의 코일(110)) 및 적어도 하나의 커패시터(520)(예: 도 1 내지 도 4의 커패시터(120))를 포함하는 공진기(501)(예: 도 1 내지 도 4의 공진기(101)), 고정 자성체(531)(예: 도 1 내지 도 4의 고정 자성체(131)), 및 이동 자성체(535)(예: 도 1 내지 도 4의 이동 자성체(135))를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 고정 자성체(531)는, 적어도 하나의 코일(510)의 일면(예: 상면 또는 하면)에 배치될 수 있다. 또한, 이동 자성체(535)는, 적어도 하나의 코일(510)의 타면(예: 하면 또는 상면)에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(535)는, 적어도 하나의 코일(510)의 전류의 흐름 방향과 다른 방향인 제1 방향으로 슬라이드 이동되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 방향은, 적어도 하나의 코일(510) 중에서 고정 자성체(431)가 결합된 부분의 연장 방향에 대해 실질적으로 수직한 방향일 수 있다. 또한, 상기 제1 방향은, 적어도 하나의 코일(410)의 내측면(예: 루프 형상의 내부를 향하는 면)과 외측면(예: 루프 형상의 외부를 향하는 면)을 연결하는 상면 또는 하면의 이격 방향으로 정의될 수도 있다. 예를 들어, 이동 자성체(535)는, 고정 자성체(531)와 가까워지는 방향, 또는 고정 자성체(531)로부터 멀어지는 방향으로 슬라이드 이동될 수 있다. 예를 들어, 이동 자성체(535)는, 적어도 하나의 코일(510)의 상면 상에 배치되고, 이동 자성체(535)는, 적어도 하나의 코일(510)의 하면에 고정된 고정 자성체(531)와 가까워지는 방향, 또는 고정 자성체(531)로부터 멀어지는 방향으로 슬라이드 이동될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(535)가 고정 자성체(531)에 대해 슬라이드 이동될 때, 공진기(501)의 입력 임피던스의 허수 값이 조절될 수 있다. 예를 들어, 이동 자성체(535)는, 고정 자성체(531)에 대한 상대적인 위치가 변경될 수 있고, 이에 따라 공진기(501)의 입력 임피던스의 허수 값이 조절될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이동 자성체(535)의 적어도 일 부분에는, 급전 코일(540)(예: 도 3a 내지 도 3b의 급전 코일(140))이 배치될 수 있다. 상기 급전 코일(540)은, 이동 자성체(535)의 표면 중 적어도 일 부분에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 급전 코일(540)은, 이동 자성체(535)의 적어도 일 부분에 고정될 수 있다. 또한, 급전 코일(540)은, 이동 자성체(535)가 슬라이드 이동될 때, 이동 자성체(535)와 함께 슬라이드 이동될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 급전 코일(540)은, 외부 전력(또는 외부 전원)이 인가되는 급전 포트(541)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 급전 코일(540)은, 적어도 하나의 코일(510)에 유도 기전력을 야기하도록 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 급전 코일(540)과 적어도 하나의 코일(510)은 상호 유도되도록 형성될 수 있다.
일 실시에에 따르면, 급전 코일(540)은, 급전 루프, 또는 급전 구조로 지칭될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 급전 코일(540)은, 구리(copper) 재질로 형성된 인덕터일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 급전 코일(540) 및 이동 자성체(535)가 슬라이드 이동됨으로써, 공진기(501)의 공진 주파수가 변화(또는 제어)될 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
공간 무선 충전을 위한 무선 전력 송신 장치는, 전력을 송신하기 위한 코일과 전력 송신 회로를 포함할 수 있다. 코일은, 무선 전력 송신 장치 주위에 위치한 전자 장치를 충전하기 위한 무선 충전 전력을 송신하기 위해, 자기장을 생성하도록 구성될 수 있다.
한편, 무선 전력 송신 장치의 공진기는, 충전이 필요한 전자 장치의 금속 부품들로 인해, 전자 장치가 무선 전력 송신 장치와 가까워질수록 인덕턴스의 변화가 발생할 수 있다. 이에 따라, 전력 송신 회로와 코일의 정합(matching) 손실이 발생할 우려가 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 전력 송신 회로와 적어도 하나의 코일의 정합 효율을 향상시킬 수 있는 공진기 구조 및 이를 포함하는 무선 전력 송신 장치가 제공될 수 있다.
다만, 본 개시에서 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것은 아니며, 본 개시의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확정될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따른, 공진기 구조를 포함하는 무선 전력 송신 장치는, 전자 장치의 거리에 따라 무선 전력 송신 장치의 적어도 하나의 코일의 입력 임피던스를 조절함으로써, 전자 장치에 대한 전력 송신 효율을 향상시킬 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진기(101), 고정 자성체(131), 이동 자성체(135), 급전 코일(140), 또는 이동 모듈(150)을 포함할 수 있다. 상기 공진기(101)는, 적어도 하나의 코일(110), 또는 적어도 하나의 커패시터(120)를 포함할 수 있다. 상기 고정 자성체(131)는, 상기 적어도 하나의 코일에 결합될 수 있다. 상기 이동 자성체(135)는, 상기 적어도 하나의 코일에 제1 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 배치될 수 있다. 상기 급전 코일(140)은, 적어도 일 부분이 상기 이동 자성체에 결합될 수 있다. 상기 급전 코일(140)은, 상기 이동 자성체와 함께 슬라이드 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 이동 모듈(150)은, 상기 적어도 하나의 코일에 배치될 수 있다. 상기 이동 모듈(150)은, 상기 이동 자성체가 상기 제1 방향으로 슬라이드 이동하기 위한 구동력을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 코일은, 상기 적어도 하나의 코일의 적어도 일 부분에 형성된 슬롯(115)을 포함할 수 있다. 상기 이동 자성체는, 상기 슬롯을 따라 슬라이드 이동하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 슬롯은, 상기 적어도 하나의 코일의 상면 또는 하면 중 적어도 하나에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 슬롯은, 상기 적어도 하나의 코일의 내측면에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이동 모듈은, 모터(151), 회전 로드(152), 또는 이동 커넥터(153)를 포함할 수 있다. 상기 모터(151)는, 상기 이동 자성체의 슬라이드 이동을 위한 구동력을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 회전 로드(152)는, 상기 모터에 연결되어 일 방향 또는 상기 일 방향과 반대 방향인 타 방향으로 회전할 수 있다. 상기 이동 커넥터(153)는, 상기 회전 로드 상에 체결될 수 있다. 상기 이동 커넥터(153)는, 적어도 부분적으로 상기 이동 자성체에 결합될 수 있다. 상기 이동 커넥터(153)는, 상기 회전 로드의 회전에 따라 상기 회전 로드의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이동 커넥터는, 제1 커넥터 부분(153a), 제2 커넥터 부분(153b), 또는 이동 홀(153c)을 포함할 수 있다. 상기 제1 커넥터 부분(153a)은, 상기 이동 자성체의 적어도 일 부분에 결합될 수 있다. 상기 제2 커넥터 부분(153b)은, 상기 제1 커넥터 부분의 일단에 결합될 수 있다. 상기 제2 커넥터 부분(153b)은, 상기 회전 로드 상에 체결될 수 있다. 상기 이동 홀(153c)은, 상기 제2 커넥터 부분의 적어도 일 부분에 관통 형성될 수 있다. 상기 이동 홀(153c)은, 상기 회전 로드가 삽입될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 회전 로드와 상기 이동 홀은, 나사 결합될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 고정 자성체는, 제1 고정 부분(131a), 또는 한 쌍의 제2 고정 부분(131b)을 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 제2 고정 부분(131b)은, 상기 제1 고정 부분의 양측 단부에서 상기 이동 자성체를 향해 연장될 수 있다. 상기 이동 자성체는, 제1 이동 부분(135a), 또는 한 쌍의 제2 이동 부분(135b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 이동 부분(135a)은, 상기 제1 고정 부분과 마주할 수 있다. 상기 한 쌍의 제2 이동 부분(135b)은, 상기 제1 이동 부분의 양측 단부에서 상기 고정 자성체를 향해 연장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 한 쌍의 제2 이동 부분(1351b)은, 상기 한 쌍의 제2 고정 부분(1351a)의 외측면의 적어도 일부를 커버하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 이동 부분은, 상기 적어도 하나의 코일의 일면에 배치될 수 있다. 상기 제1 고정 부분은, 상기 적어도 하나의 코일의 상기 일면과 반대 방향을 향하는 타면에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 코일의 상기 일면은, 상기 적어도 하나의 코일이 형성하는 루프 형상의 내부를 향하는 내측면일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 코일의 상기 일면은, 상기 적어도 하나의 코일이 형성하는 루프 형상의 상면 또는 하면 중 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 급전 코일이 슬라이드 이동될 때, 상기 적어도 하나의 코일과 상기 급전 코일이 중첩되는 영역의 위치 또는 크기 중 적어도 하나가 가변될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 방향은, 상기 적어도 하나의 코일에 흐르는 전류의 방향과 실질적으로 동일한 방향일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 방향은, 상기 적어도 하나의 코일에 흐르는 전류의 방향과 다른 방향일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진기(101), 고정 자성체(131), 이동 자성체(135), 급전 코일(140), 또는 이동 모듈(150)을 포함할 수 있다. 상기 공진기(101)는, 적어도 하나의 코일(110), 또는 적어도 하나의 커패시터(120)를 포함할 수 있다. 상기 고정 자성체(131)는, 상기 적어도 하나의 코일에 결합될 수 있다. 상기 이동 자성체(135)는, 상기 적어도 하나의 코일에 이동 가능하게 배치될 수 있다. 상기 급전 코일(140)은, 적어도 부분적으로 상기 이동 자성체에 결합될 수 있다. 상기 급전 코일(140)은, 상기 이동 자성체와 함께 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 이동 모듈(150)은, 상기 적어도 하나의 코일에 배치될 수 있다. 상기 이동 모듈(150)은, 상기 이동 자성체가 이동하기 위한 구동력을 제공하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이동 자성체(235)는, 상기 적어도 하나의 코일에 대해 상대적으로 회전 가능하게 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이동 자성체(235)는, 적어도 부분적으로 상기 고정 자성체(231)의 외측면 중 적어도 일부를 커버하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 고정 자성체와 상기 이동 자성체는, 반원의 단면 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이동 자성체는, 상기 고정 자성체와 가까워지는 방향, 또는 상기 고정 자성체로부터 멀어지는 방향으로 슬라이드 이동되도록 구성될 수 있다.
이상, 본 문서의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 문서의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

Claims (15)

  1. 무선 전력 송신 장치(100)에 있어서,
    적어도 하나의 코일(110) 및 적어도 하나의 커패시터(120)를 포함하는 공진기(101);
    상기 적어도 하나의 코일에 결합된 고정 자성체(131);
    상기 적어도 하나의 코일에 제1 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 배치된 이동 자성체(135);
    적어도 부분적으로 상기 이동 자성체에 결합되고, 상기 이동 자성체와 함께 슬라이드 이동하도록 구성된 급전 코일(140); 및
    상기 적어도 하나의 코일에 배치되고, 상기 이동 자성체가 상기 제1 방향으로 슬라이드 이동하기 위한 구동력을 제공하도록 구성된 이동 모듈(150)을 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코일은,
    상기 적어도 하나의 코일의 적어도 일 부분에 형성된 슬롯(115)을 포함하고,
    상기 이동 자성체는,
    상기 슬롯을 따라 슬라이드 이동하도록 구성된 무선 전력 송신 장치.
  3. 제1 항 내지 제2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬롯은,
    상기 적어도 하나의 코일의 상면 또는 하면 중 적어도 하나에 형성된 무선 전력 송신 장치.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬롯은,
    상기 적어도 하나의 코일의 내측면에 형성된 무선 전력 송신 장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 모듈은,
    상기 이동 자성체의 슬라이드 이동을 위한 구동력을 제공하도록 구성된 모터(151);
    상기 모터에 연결되어 일 방향 또는 상기 일 방향과 반대 방향인 타 방향으로 회전하는 회전 로드(152); 및
    상기 회전 로드 상에 체결되고, 적어도 부분적으로 상기 이동 자성체에 결합되고, 상기 회전 로드의 회전에 따라 상기 회전 로드의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동하도록 구성된 이동 커넥터(153)를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 커넥터는,
    상기 이동 자성체의 적어도 일 부분에 결합된 제1 커넥터 부분(153a);
    상기 제1 커넥터 부분의 일단에 결합되고, 상기 회전 로드 상에 체결되는 제2 커넥터 부분(153b); 및
    상기 제2 커넥터 부분의 적어도 일 부분에 관통 형성되고, 상기 회전 로드가 삽입되는 이동 홀(153c)을 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 로드와 상기 이동 홀은,
    나사 결합되는 무선 전력 송신 장치.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 자성체는,
    제1 고정 부분(131a); 및
    상기 제1 고정 부분의 양측 단부에서 상기 이동 자성체를 향해 연장된 한 쌍의 제2 고정 부분(131b)을 포함하고,
    상기 이동 자성체는,
    상기 제1 고정 부분과 마주하는 제1 이동 부분(135a); 및
    상기 제1 이동 부분의 양측 단부에서 상기 고정 자성체를 향해 연장된 한 쌍의 제2 이동 부분(135b)을 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제2 이동 부분(1351b)은,
    상기 한 쌍의 제2 고정 부분(1351a)의 외측면의 적어도 일부를 커버하도록 구성된 무선 전력 송신 장치.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 이동 부분은,
    상기 적어도 하나의 코일의 일면에 배치되고,
    상기 제1 고정 부분은,
    상기 적어도 하나의 코일의 상기 일면과 반대 방향을 향하는 타면에 배치된 무선 전력 송신 장치.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코일의 상기 일면은,
    상기 적어도 하나의 코일이 형성하는 루프 형상의 내부를 향하는 내측면인 무선 전력 송신 장치.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 코일의 상기 일면은,
    상기 적어도 하나의 코일이 형성하는 루프 형상의 상면 또는 하면 중 적어도 하나인 무선 전력 송신 장치.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급전 코일이 슬라이드 이동될 때, 상기 적어도 하나의 코일과 상기 급전 코일이 중첩되는 영역의 위치 또는 크기 중 적어도 하나가 가변되는 무선 전력 송신 장치.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 방향은,
    상기 적어도 하나의 코일에 흐르는 전류의 방향과 실질적으로 동일한 방향인 무선 전력 송신 장치.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 방향은,
    상기 적어도 하나의 코일에 흐르는 전류의 방향과 다른 방향인 무선 전력 송신 장치.
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