KR101744590B1 - 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치 - Google Patents
수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치는 기판, 및 상기 기판 위에 수직 배치되는 수직 구조물을 포함하고, 상기 기판 및 상기 수직 구조물을 통해 자기 유도 방식으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신부; 및 상하로 관통 형성되는 결합구를 구비하고, 상기 결합구를 통해 상기 수직 구조물에 적층 구조를 가지도록 끼움 결합되어, 상기 무선 전력 송신부로부터 유도된 자기력을 전기장으로 바꾸어 전력으로 변환하는 복수의 무선 전력 수신부를 포함한다.
Description
본 발명의 실시예들은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수직형 전력 전송 방식을 이용하여 무선으로 전력을 전송 및 충전하는 장치에 관한 것이다.
최근 들어 사용자들의 휴대가 가능한 전자기기의 선호도가 증가하고 있으며, 이러한 휴대용 전자기기는 사용자들에게 유비쿼터스 환경을 제공하기 위한 필수 요소가 되었다.
한편, 현재 휴대용 전자기기의 전원공급은 대부분 충전기를 이용한 배터리 충전 방식이 사용되고 있다. 이 경우, 휴대용 전자기기를 충전하기 위해 별도의 충전기를 구비하고 있어야 한다는 문제점이 존재하며 이에 충전기의 소지 여부와 관계없이 무선을 통해 전력을 제공함으로써 배터리를 충전시킬 수 있는 무선 충전 기술이 지속적으로 연구되고 있다.
무선 충전 기술은 크게 자기유도 방식, 자기 공명 방식 및 전자기파 방식으로 구분할 수 있다.
자기유도 방식은 송신부에서 교번하는 자기장을 발생시키고, 이를 통해 수신부에서 자기장의 변화에 따라 전류가 유도되게 함으로써 에너지를 만들어 내는 방식이다.
자기 공명 방식은 송신부에서 전력을 공진하는 전자기장으로 변환하여 송신하고, 수신부에서 동일한 공진 주파수를 가진 공진코일을 이용하여 전력을 수신하는 방식이다.
마지막으로 전자기파(RF) 방식은 전력 에너지를 무선 전송에 유리한 마이크로파로 변환시켜 에너지를 전송하는 방식이다.
이중 근거리 무선전력 방식으로 자기유도 방식이 주로 사용되고 있으나 송신부에서 발생한 자기파가 수신부로 제대로 전송되지 않는 경우가 발생하여 무선전력 전송 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
특히, 자기유도 방식과 자기 공명 방식은 모두 거리가 짧아야만 사용이 가능하고, 적층 시에는 효율이 떨어진다는 단점이 있다. 이는 송신단과 수신단 사이의 거리가 짧을수록 효율이 좋은 반면, 거리가 멀어지는 경우 효율도 낮아지고 외부로 전자파가 다량 방사되는 문제점이 있다.
이에, 적층을 하더라도 안정적으로 무선 전력을 공급할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1369157호(발명의 명칭: 자기유도를 이용한 무선전력 전송장치)가 있다.
본 발명의 일 실시예는 무선 전력 송신부의 수직 구조물에 복수의 무선 전력 수신부를 끼움 결합을 통해 적층 구조로 배치함으로써, 무선 전력 송신부와 무선 전력 수신부 간의 간격을 매우 좁게 유지하면서도 적층 구조가 가능해서 전자파 위험을 최소화하면서도 복수의 무선 전력 수신부에 전력을 동시에 효율적으로 전송할 수 있는 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치는 기판, 및 상기 기판 위에 수직 배치되는 수직 구조물을 포함하고, 상기 기판 및 상기 수직 구조물을 통해 자기 유도 방식으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신부; 및 상하로 관통 형성되는 결합구를 구비하고, 상기 결합구를 통해 상기 수직 구조물에 적층 구조를 가지도록 끼움 결합되어, 상기 무선 전력 송신부로부터 유도된 자기력을 전기장으로 바꾸어 전력으로 변환하는 복수의 무선 전력 수신부를 포함한다.
상기 기판은 전력을 공급하는 전력 공급 라인과 연결되어, 주파수 발생을 위해 전력을 공급받는 PCB 회로기판일 수 있다.
상기 수직 구조물은 내부에 나선형으로 형성되어 상기 PCB 회로기판과 연결되는 코일을 구비하고, 상기 코일에 의한 자기 유도 방식으로 주파수를 발생하여 전력을 송출할 수 있다.
상기 복수의 무선 전력 수신부는 내부에 나선형으로 형성되는 코일을 구비하고, 상기 코일을 통해 상기 무선 전력 송신부로부터 유도된 자기력을 전기장으로 바꾸어 전력으로 변환할 수 있다.
상기 복수의 무선 전력 수신부는 상하로 서로 이격되어 배치되는 적층 구조를 가질 수 있다.
상기 수직 구조물은 원형, 또는 삼각형 및 사각형을 포함하는 다각형 중 어느 하나의 단면 형상을 가질 수 있다.
상기 결합구는 원형, 또는 삼각형 및 사각형을 포함하는 다각형 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
상기 복수의 무선 전력 수신부는 상기 변환된 전력을 충전할 수 있다.
상기 무선 전력 송신부 및 상기 복수의 무선 전력 수신부 중 적어도 하나는 조명으로 사용될 수 있도록 발광 회로를 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 전송 및 충전 장치는 방수 제품으로 사용 가능하도록 방수 처리되어 형성될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기 유도 방식을 통해 무선 전력 송신부의 수직 구조물에 내장된 코일에 전류를 인가하여 자기장을 발생시키고, 발생된 자기장을 매개로 하여 무선 전력 수신부에 내장된 코일에 유도 기전력을 발생시킴으로써 무선 전력 송신부와 무선 전력 수신부 간의 전송 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신부의 수직 구조물에 복수의 무선 전력 수신부가 끼움 결합을 통해 적층 구조로 배치됨으로써, 무선 전력 송신부와 무선 전력 수신부 간의 간격을 매우 좁게 유지하면서도 적층 구조가 가능해서 전자파 위험을 최소화하면서도 복수의 무선 전력 수신부에 전력을 동시에 효율적으로 전송할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치의 결합 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 무선 전력 송신부를 상세히 도시한 도면이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 무선 전력 수신부를 상세히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치의 결합 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 무선 전력 송신부를 상세히 도시한 도면이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 무선 전력 수신부를 상세히 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치의 결합 사시도이다.
또한, 도 3은 도 1 및 도 2의 무선 전력 송신부를 상세히 도시한 도면이고, 도 4는 도 1 및 도 2의 무선 전력 수신부를 상세히 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치(100)는 무선 전력 송신부(110) 및 무선 전력 수신부(120)를 포함하여 구성된다.
상기 무선 전력 송신부(110)는 기판(114), 및 상기 기판(114) 위에 수직 배치되는 수직 구조물(112)을 포함한다. 상기 무선 전력 송신부(110)는 상기 기판(114) 및 상기 수직 구조물(112)을 통해 자기 유도 방식으로 전력을 송출한다.
여기서, 상기 기판(114)은 전력을 공급하는 전력 공급 라인(111)과 연결되고, 주파수 발생을 위해 상기 전력 공급 라인(111)을 통해 전력을 공급받는 PCB 회로기판으로 구현될 수 있다.
즉, 상기 PCB 회로기판으로 구현되는 상기 기판(114)은, 상기 전력 공급 라인(111)을 통해 전력을 공급받아 상기 수직 구조물(112)에 전력을 전달할 수 있다.
상기 수직 구조물(112)은 내부에 나선형으로 형성되어 상기 PCB 회로기판과 연결되는 코일(116)을 구비할 수 있다.
이때, 상기 코일(116)은 상기 수직 구조물(112)의 길이 방향, 즉 수직 방향으로 길게 형성될 수 있다. 이는 후술하는 상기 무선 전력 수신부(120)가 여러 개 적층되는 경우에도 모든 무선 전력 수신부(120)에서 전력을 원활히 수신할 수 있도록 하기 위함이다.
상기 수직 구조물(112)은 도면에 도시된 바와 같이 원형의 단면 형상을 가질 수 있다.
하지만, 상기 수직 구조물(112)은 이에 한정되지 않고 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 수직 구조물(112)은 삼각형, 사각형 등과 같은 다각형의 단면 형상을 가질 수 있다.
상기 수직 구조물(112)은 상기 코일(116)에 의한 자기 유도 방식으로 주파수를 발생하여 전력을 송출할 수 있다.
여기서, 상기 자기 유도 방식은 인접한 두 개의 코일 중 어느 한 쪽의 코일에 전류를 인가시켜 자기장을 발생시키고, 발생한 자기장을 매개로 다른 쪽 코일에 유도 기전력을 발생시키는 방식이다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 수직 구조물(112)에 내장된 코일(116)에 전류를 인가하여 자기장을 발생시키고, 상기 코일(116)에서 발생된 자기장을 매개로 하여 상기 무선 전력 수신부(120)에 내장된 코일(121)에 유도 기전력을 발생시킬 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 무선 전력 송신부(110)와 상기 무선 전력 수신부(120) 간의 전송 효율을 증가시킬 수 있다.
이하에서는 상기 무선 전력 송신부(110)와 자기 유도 방식을 통해 상기 무선 전력 송신부(110)로부터 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신부(120)에 대해 구체적으로 설명한다.
상기 무선 전력 수신부(120)는 링(ring) 형태로 형성되며, 복수개의 수신부(122, 124, 126)로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 무선 전력 수신부(120)는 상하로 관통 형성되는 결합구(123)를 구비하고, 상기 결합구(123)를 통해 상기 수직 구조물(112)에 적층 구조를 가지도록 끼움 결합된다.
여기서, 상기 결합구(123)는 도면에 도시된 바와 같이 원형의 형상을 가질 수 있다.
하지만, 상기 결합구(123)는 이에 한정되지 않고 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 결합구(123)는 삼각형, 사각형 등과 같은 다각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 무선 전력 수신부(120)는 상기 무선 전력 송신부(110)로부터 유도된 자기력을 전기장으로 바꾸어 전력으로 변환한다. 이를 위해, 상기 무선 전력 수신부(120)는 내부에 나선형으로 형성되는 코일(121)을 구비할 수 있다.
상기 무선 전력 수신부(120)는 상기 코일(121)을 통해 상기 무선 전력 송신부(110)로부터 유도된 자기력을 전기장으로 바꾸어 전력으로 변환할 수 있다.
이때, 상기 무선 전력 수신부(120)는 복수개의 수신부(122, 124, 126)가 상하로 서로 이격되어 배치되는 적층 구조를 가지는 것이 바람직하다.
즉, 상기 무선 전력 수신부(120)는 복수개의 수신부(122, 124, 126)가 적층 구조를 가짐으로써 안정적으로 무선 전력을 공급할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 무선 전력 송신부(110)의 수직 구조물(112)에 상기 무선 전력 수신부(120)를 이루는 복수개의 수신부(122, 124, 126)가 끼움 결합을 통해 적층 구조로 배치될 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 무선 전력 송신부(110)와 상기 무선 전력 수신부(120) 간의 간격을 매우 좁게 유지하면서도 적층 구조가 가능해서 여러 개의 수신부(122, 124, 126)에 전력을 효율적으로 전송할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 무선 전력 송신부(110)와 상기 무선 전력 수신부(120) 간의 간격이 최소화되기 때문에 전자파 위험이 최소화될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 적층 구조가 가능하기 때문에 다수의 수신부(122, 124, 126)에 동시에 전력 전송이 가능하다. 이는 무선 호출벨 등에 바로 사용이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선으로 전력을 전송하여 주어 접촉 없이 전기 에너지를 이용하여 제품을 구동시킬 수 있다.
상기 무선 전력 수신부(120)는 상기 변환된 전력을 충전할 수 있다. 이를 위해, 상기 무선 전력 수신부(120)는 배터리를 구비할 수 있다.
이로써, 상기 무선 전력 수신부(120)는 상기 무선 전력 송신부(110)로부터 전력을 수신하지 못하는 경우에도 상기 배터리에 충전된 전력을 해당 제품에 공급하여 구동시킬 수 있다.
한편, 상기 무선 전력 전송 및 충전 장치(100)는 도면에는 도시되어 있지 않지만, 방수 제품으로 사용 가능하도록 방수 처리되어 형성될 수 있다.
즉, 상기 무선 전력 전송 및 충전 장치(100)를 구성하는 무선 전력 송신부(110) 및 무선 전력 수신부(120)는 구조상 외부 노출 부분이 크게 줄어들기 때문에 방수 구조 적용이 용이하다는 장점이 있다.
따라서, 상기 무선 전력 전송 및 충전 장치(100)는 업소용 무선 호출벨과 방수가 필요한 소형 가전제품에 적용 가능하다.
다른 한편, 상기 무선 전력 전송 및 충전 장치(100)는 도면에는 도시되어 있지 않지만, 조명으로 사용될 수 있도록 발광 회로를 포함할 수 있다.
즉, 상기 무선 전력 전송 및 충전 장치(110)를 구성하는 무선 전력 송신부(110) 및 무선 전력 수신부(120) 중 적어도 하나는 조명으로 사용될 수 있도록 발광 회로를 포함할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110: 무선 전력 송신부
111: 전력 공급 라인
112: 수직 구조물
114: 기판
116: 코일
120: 무선 전력 수신부
121: 코일
122, 124, 126: 수신부
123: 결합구
111: 전력 공급 라인
112: 수직 구조물
114: 기판
116: 코일
120: 무선 전력 수신부
121: 코일
122, 124, 126: 수신부
123: 결합구
Claims (10)
- 기판, 및 상기 기판 위에 수직 배치되는 수직 구조물을 포함하고, 상기 기판 및 상기 수직 구조물을 통해 자기 유도 방식으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신부; 및
상하로 관통 형성되는 결합구를 구비하고, 상기 결합구를 통해 상기 수직 구조물에 적층 구조를 가지도록 끼움 결합되어, 상기 무선 전력 송신부로부터 유도된 자기력을 전기장으로 바꾸어 전력으로 변환하는 복수의 무선 전력 수신부
를 포함하고,
상기 수직 구조물은
내부에 상기 수직 구조물의 길이 방향을 따라 나선형으로 형성되어 상기 기판과 연결되는 코일을 구비하고, 상기 코일에 의한 자기 유도 방식으로 주파수를 발생하여 전력을 송출하고,
상기 복수의 무선 전력 수신부는
내부에 나선형으로 형성되는 코일을 구비하고, 상기 코일을 통해 상기 무선 전력 송신부로부터 유도된 자기력을 전기장으로 바꾸어 전력으로 변환하는 것을 특징으로 하는 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 기판은
전력을 공급하는 전력 공급 라인과 연결되어, 주파수 발생을 위해 전력을 공급받는 PCB 회로기판인 것을 특징으로 하는 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 무선 전력 수신부는
상하로 서로 이격되어 배치되는 적층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 수직 구조물은
원형, 또는 삼각형 및 사각형을 포함하는 다각형 중 어느 하나의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 결합구는
원형, 또는 삼각형 및 사각형을 포함하는 다각형 중 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 무선 전력 수신부는
상기 변환된 전력을 충전하는 것을 특징으로 하는 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 무선 전력 송신부 및 상기 복수의 무선 전력 수신부 중 적어도 하나는
조명으로 사용될 수 있도록 발광 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 무선 전력 전송 및 충전 장치는
방수 제품으로 사용 가능하도록 방수 처리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 수직형 전력 전송 방식의 무선 전력 전송 및 충전 장치.
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