KR102183127B1 - 무선 전력 송신 장치 - Google Patents

무선 전력 송신 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102183127B1
KR102183127B1 KR1020140176123A KR20140176123A KR102183127B1 KR 102183127 B1 KR102183127 B1 KR 102183127B1 KR 1020140176123 A KR1020140176123 A KR 1020140176123A KR 20140176123 A KR20140176123 A KR 20140176123A KR 102183127 B1 KR102183127 B1 KR 102183127B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coil
transmission
wireless power
terminal
power
Prior art date
Application number
KR1020140176123A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160069917A (ko
Inventor
배수호
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020140176123A priority Critical patent/KR102183127B1/ko
Priority to CN201580066910.2A priority patent/CN107005097A/zh
Priority to PCT/KR2015/013095 priority patent/WO2016093550A1/ko
Priority to US15/534,144 priority patent/US10340736B2/en
Publication of KR20160069917A publication Critical patent/KR20160069917A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102183127B1 publication Critical patent/KR102183127B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2871—Pancake coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—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
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

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

Description

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

Claims (10)

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


KR1020140176123A 2014-12-09 2014-12-09 무선 전력 송신 장치 KR102183127B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140176123A KR102183127B1 (ko) 2014-12-09 2014-12-09 무선 전력 송신 장치
CN201580066910.2A CN107005097A (zh) 2014-12-09 2015-12-02 无线电力传输装置和无线电力充电***
PCT/KR2015/013095 WO2016093550A1 (ko) 2014-12-09 2015-12-02 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 충전 시스템
US15/534,144 US10340736B2 (en) 2014-12-09 2015-12-02 Wireless power transmission device and wireless power charging system including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140176123A KR102183127B1 (ko) 2014-12-09 2014-12-09 무선 전력 송신 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160069917A KR20160069917A (ko) 2016-06-17
KR102183127B1 true KR102183127B1 (ko) 2020-11-25

Family

ID=56107679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140176123A KR102183127B1 (ko) 2014-12-09 2014-12-09 무선 전력 송신 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10340736B2 (ko)
KR (1) KR102183127B1 (ko)
CN (1) CN107005097A (ko)
WO (1) WO2016093550A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2940074T3 (es) 2020-05-26 2023-05-03 Premo Sa Antena de baja frecuencia de largo alcance

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012049714A (ja) 2010-08-25 2012-03-08 Nec Tokin Corp アンテナモジュール

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0210886D0 (en) * 2002-05-13 2002-06-19 Zap Wireless Technologies Ltd Improvements relating to contact-less power transfer
US8169185B2 (en) * 2006-01-31 2012-05-01 Mojo Mobility, Inc. System and method for inductive charging of portable devices
US20090212639A1 (en) * 2008-02-25 2009-08-27 L & P Property Management Company Inductively coupled consoles
US8405346B2 (en) * 2009-02-17 2013-03-26 Diversified Power International, Llc Inductively coupled power transfer assembly
KR101842180B1 (ko) * 2010-12-24 2018-03-26 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 급전 장치 및 급전 장치를 구비한 비접촉 급전 시스템
KR101832331B1 (ko) * 2011-06-29 2018-02-26 엘지전자 주식회사 장치들 간의 무선 전력 전송 및 통신
DE102011107620A1 (de) 2011-06-30 2013-01-17 Paul Vahle Gmbh & Co. Kg Flachspule für kontaktlose induktive Energieübertragung
KR20130024757A (ko) * 2011-08-29 2013-03-08 주식회사 케이더파워 이종 충전 방식을 가진 무선 충전 시스템
KR101301425B1 (ko) * 2011-10-25 2013-08-28 삼성전기주식회사 멀티 무선 충전 장치 및 그 제조 방법
US9270342B2 (en) * 2011-12-16 2016-02-23 Qualcomm Incorporated System and method for low loss wireless power transmission
TWI587597B (zh) * 2012-02-17 2017-06-11 Ｌｇ伊諾特股份有限公司 無線電力傳輸器，無線電力接收器，以及無線電力傳輸系統的電力傳輸方法
KR101365656B1 (ko) * 2012-07-16 2014-02-20 우덕정 강선 압연을 이용한 웨더스트립용 심재의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 웨더스트립용 심재
KR101372088B1 (ko) 2012-07-19 2014-03-07 엘지이노텍 주식회사 코일 및 무선전력 송신장치
KR101807899B1 (ko) * 2012-10-19 2017-12-11 삼성전자주식회사 무선 전력 송신기, 무선 전력 수신기 및 무선 전력 송신기의 무선 전력 수신기 허가 방법
JP2014168359A (ja) 2013-02-28 2014-09-11 Nitto Denko Corp 無線電力伝送装置、無線電力伝送装置の供給電力制御方法、及び、無線電力伝送装置の製造方法
KR102015496B1 (ko) * 2013-03-04 2019-08-28 엘지전자 주식회사 전자 기기, 전기 차량 및 무선 전력 전송장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012049714A (ja) 2010-08-25 2012-03-08 Nec Tokin Corp アンテナモジュール

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016093550A1 (ko) 2016-06-16
KR20160069917A (ko) 2016-06-17
US10340736B2 (en) 2019-07-02
CN107005097A (zh) 2017-08-01
US20180342895A1 (en) 2018-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6387460B2 (ja) 無線電力送信装置｛ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｐｐａｒａｔｕｓ｝
US9837847B2 (en) Wireless charging transmitter and method thereof
US20180233273A1 (en) Wireless power transmitting device
KR20200099916A (ko) 다중 송신 코일을 이용한 다중 충전 조건에서 수신 코일 및 이물질 감지 장치
JP2017077166A (ja) コイル装置とコイル装置の製造方法及びコイル装置を含む無線電力伝送装置、そして無線電力受信装置｛Ｃｏｉｌ Ｄｅｖｉｃｅ Ｏｆ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ｝
US20170054330A1 (en) Wireless power relay device and wireless power transmission system
JP2015032927A (ja) 生体検出センサ、生体検出センサを備えた装置、金属検出センサ
EP2582064B1 (en) Wireless power repeater
US9912198B2 (en) Wireless power transmission device
JP2019530408A (ja) 無線電力伝送装置、無線電力送信システム、及び無線電力送信システムを駆動する方法
KR20160054410A (ko) 무선 전력 송신 장치 및 방법
KR102183127B1 (ko) 무선 전력 송신 장치
KR101973143B1 (ko) 전송 거리 및 전송 효율이 개선된 무선 전력 전송 시스템 및 장치
KR20140013015A (ko) 무선 전력 전송용의 송신 코일
KR102063041B1 (ko) 중전력, 고전력 무선전력전송 이물방지 모니터링 장치
KR20160038315A (ko) 무선 전력 송신 장치
CN108599394B (zh) 可实现能量漏斗效应的无线充电***及其无线充电方法
JP2018078773A (ja) 無線給電装置、及び無線給電方法
KR101714147B1 (ko) 무선 전력 송신 장치
KR20120033757A (ko) 전자기장 공진기를 이용한 무선 전력전송장치
JP2014050302A (ja) 非接触給電装置
KR20150133605A (ko) 무선 전력 송신 장치
KR20170085689A (ko) 무선 전력 수신 장치
JP2018143059A (ja) 送電装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant