KR101996022B1 - Wireless charging apparatus for using wireless charging zone of 3d form - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 충전 장치에 관한 것으로 3차원 형태의 무선 충전 공간 내에 배치된 복수의 송신 코일들; 및 상기 복수의 코일들에 전류를 공급하는 적어도 하나의 전원을 이용하여 3차원 형태의 무선 충전 공간 내에 위치한 수신 코일을 포함하는 전자 기기의 무선 충전을 수행하는 것이다.The present invention relates to a wireless charging device, comprising: a plurality of transmission coils disposed in a wireless charging space of a three-dimensional form; And at least one power supply for supplying current to the plurality of coils to perform wireless charging of the electronic device including a receiving coil located in a wireless charging space having a three-dimensional shape.
Description
아래의 설명은 3차원 형태의 무선 충전 공간을 이용한 무선 충전 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 기존의 패드 구조를 통해 전자 기기에 대한 무선 충전을 수행하는 방식보다 무선 충전의 효율을 향상시키는 무선 충전 환경을 조성하기 위한 장치에 관한 것이다.The following description relates to a wireless charging device using a wireless charging space in a three-dimensional form, specifically, a wireless charging environment that improves the efficiency of wireless charging than a method of wirelessly charging an electronic device through a conventional pad structure. It relates to a device for forming a.
최근에는 휴대성이 용이한 스마트 폰을 사용하는 사용자가 지속적으로 증가하고 있으며, 이에 따라 스마트 폰은 사용자의 다양한 욕구를 충족시키기 위한 인터넷 검색, 카메라, 애플리케이션 등과 같은 다양한 부가 기능이 탑재되었다.In recent years, the number of users who use smart phones is easy to carry, and accordingly, smart phones are equipped with various additional functions such as Internet search, cameras, applications, etc. to satisfy various needs of users.
여기서, 스마트 폰에 탑재된 부가 기능은 스마트 폰에 포함된 배터리를 많이 소모시키고, 이로 인하여 사용자는 지속적으로 스마트 폰에 포함된 배터리를 충전해야 한다. 이 때, 사용자는 어댑터를 이용해 방전된 배터리를 충전하며, 최근에는 무선 충전 기술을 활용해 방전된 배터리를 충전함으로써, 사용자에 보다 향상된 서비스를 제공한다.Here, the additional function mounted on the smartphone consumes a lot of battery included in the smartphone, and thus the user must continuously charge the battery included in the smartphone. In this case, the user charges the discharged battery using an adapter, and recently, the battery is discharged using the wireless charging technology to provide a better service to the user.
여기서, 무선 충전 기술은 스마트 폰 및 무선 충전 장치에 포함된 송수신 공진기를 이용하여 스마트 폰의 배터리를 충전한다. 이 때, 송수신 공진기는 스마트 폰과 같은 크기가 작은 전자 기기에 포함되어 동작해야 함에 따라, 송수신 공진기의 크기는 소형화되어 구현된다.Here, the wireless charging technology charges the battery of the smart phone by using a transmission and reception resonator included in the smart phone and the wireless charging device. At this time, the transmission and reception resonator should be included in a small electronic device such as a smart phone to operate, the size of the transmission and reception resonator is miniaturized and implemented.
그러나, 이러한 송수신 공진기는 크기가 소형화 됨에 따라 전류가 흐르는 전송 거리가 협격하게 감소하는 특징을 갖고 있어, 공간 상의 사용 제약 조건을 갖고 있는 것이 현석이다. 특히나, 수신 공진기의 직경이 D라고 할 경우, 전송거리(RF 효율 80%이상) 또한 공진기 직경에 준하는 수준으로 소형 공진기를 설계 제작하는 것도 어려운 문제이나 이러한 공진기가 개발되어도 그 전송거리는 공진기 직경으로 한정된다.However, such a transmission and reception resonator has a feature that the transmission distance through which a current flows narrowly decreases as the size of the transmission and reception resonator decreases. In particular, when the diameter of the receiving resonator is D, it is difficult to design and manufacture a small resonator with a transmission distance (more than 80% of RF efficiency) and also corresponds to the diameter of the resonator, but even if such a resonator is developed, the transmission distance is limited to the diameter of the resonator. do.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 자기공명을 이용한 무선 충전 기술이 제안되었으나, 일반적으로 자기공명을 이용한 무선전력전송의 기술은 1m 내외의 중거리 전송의 특성을 갖는 것으로 발표되며, 공진기의 직경 사이즈를 전송거리의 한계로 보는 것이 일반적인 기술의 특징임에 따라 이를 확대하기 위한 많은 노력을 하고 있는 실정이다.In order to solve this problem, wireless charging technology using magnetic resonance has been proposed, but in general, wireless power transmission technology using magnetic resonance is reported to have a characteristic of medium-distance transmission of about 1m, and the diameter of the resonator is transmitted distance As it is a characteristic of the general technology to see the limitation of the situation is making a lot of efforts to expand it.
또한, 이러한 전송거리 문제는 공진모드의 결합에 의한 자기 공명법에서는 필연적인 전송거리 한계치가 존재하게 된다. 다시 말해, 대부분의 연구자 및 발표된 논문, 특허로 볼 때 가장 현실적인 전송거리는 공진기의 직경으로 인식하는 것이 정설이다. 또한, 송신 공진기가 존재하는 특정 영역에서만 무선전력전송이 이루어지는 것은 또 하나의 특징이자 제약 조건이라 할 수 있다.In addition, such a transmission distance problem is inevitable in the transmission distance limit in the magnetic resonance method by coupling the resonance mode. In other words, most researchers, published papers, and patents suggest that the most realistic transmission distance is recognized as the diameter of the resonator. In addition, wireless power transmission is performed only in a specific region where a transmission resonator is present, which is another feature and a constraint.
이러한 문제는 전송거리에 대한 부분을 언급한 것이지만 일정한 전송거리 안에서도 그 송수신 공진기의 거리에 따라 효율이 변경되는 문제가 있으며, 특히 방향에 민감한 것을 더욱 큰 문제이다. 일 예로, 송수신 공진기가 정면을 바라보고 있을 경우에는 효율이 최대 효율을 유지하지만 수신 공진기가 45도 혹은 90도 기울어 지면 효율이 급격히 감소하는 문제를 갖고 있다.This problem refers to the transmission distance, but there is a problem that the efficiency is changed according to the distance of the transmission and reception resonator even within a certain transmission distance, especially the direction sensitive. For example, when the transmission and reception resonator is facing the front, the efficiency is maintained at the maximum efficiency, but when the reception resonator is inclined at 45 degrees or 90 degrees, the efficiency decreases rapidly.
본 발명은 기존에 패드 구조를 통해 무선 충전을 수행함에 있어 발생하는 한계를 극복하기 위해 3차원 형태의 특정 영역 내에서 좀 더 자유도를 갖는 무선 충전 및 에너지 전송 기술을 개발할 수 있다.The present invention can develop a wireless charging and energy transmission technology having more freedom in a specific area of the three-dimensional form in order to overcome the limitation that occurs in performing the conventional wireless charging through the pad structure.
본 발명은 3차원 공간 상에 무선 충전 공간을 구현시키기 위한 공진 코일의 구조를 제안할 수 있다.The present invention can propose a structure of a resonant coil for implementing a wireless charging space in a three-dimensional space.
일실시예에 따른 무선 충전 장치 3차원 형태의 무선 충전 공간 내에 배치된 복수의 송신 코일들; 및 상기 복수의 코일들에 전류를 공급하는 적어도 하나의 전원을 포함하고, 상기 복수의 송신 코일들은 상기 무선 충전 공간 내에서 서로 마주보도록 배치되는 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들을 포함할 수 있다.Wireless charging device according to an embodiment A plurality of transmitting coils disposed in the wireless charging space of the three-dimensional form; And at least one power supply for supplying current to the plurality of coils, and the plurality of transmission coils may include at least one pair of transmission coils disposed to face each other in the wireless charging space.
일실시예에 따른 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들은 상기 적어도 하나의 전원으로부터 공급된 전류에 의해 상기 무선 충전 공간 상에 균일장을 형성할 수 있다.At least one pair of transmission coils according to an embodiment may form a uniform field on the wireless charging space by a current supplied from the at least one power source.
일실시예에 따른 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들은 상기 3차원 형태의 무선 충전 공간에 존재하는 적어도 하나의 수신 코일의 방향과 동일한 방향으로 균일장을 형성할 수 있다.According to an embodiment, at least one pair of transmitting coils may form a uniform field in the same direction as that of at least one receiving coil in the wireless charging space having the three-dimensional shape.
일실시예에 따른 적어도 하나의 수신 코일의 방향은 상기 3차원 형태의 무선 충전 공간 내에 배치된 복수의 송신 코일들 중 하나의 송신 코일과의 결합을 통해 상기 수신 코일에 유도 전류가 형성되는 방향을 나타낼 수 있다.The direction of at least one receiving coil according to an embodiment is a direction in which an induced current is formed in the receiving coil through coupling with one of the plurality of transmitting coils disposed in the three-dimensional wireless charging space. Can be represented.
일실시예에 따른 적어도 하나의 전원은, 상기 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들 간에 공급하는 전류의 위상이 90도 차이를 갖도록 전류를 공급할 수 있다.The at least one power source may supply a current such that a phase of a current supplied between the at least one pair of transmission coils has a 90 degree difference.
일실시예에 따른 적어도 하나의 전원은 상기 무선 충전 공간 내에 배치된 복수의 송신 코일들 간에 동일한 위상 또는 서로 다른 위상을 갖는 전류를 공급할 수 있다.At least one power source according to an embodiment may supply a current having the same phase or a different phase between a plurality of transmitting coils disposed in the wireless charging space.
일실시예에 따른 무선 충전 장치는 송신 코일들의 사이즈를 줄이거나 또는 상기 송신 코일들의 공진 주파수를 낮추는 적어도 하나의 커패시터(Capacitor)를 더 포함할 수 있다.The wireless charging apparatus according to an embodiment may further include at least one capacitor reducing the size of the transmitting coils or lowering the resonance frequency of the transmitting coils.
일실시예에 따른 적어도 하나의 커패시터는 상기 복수의 송신 코일들과 적어도 하나의 전원 사이에 위치할 수 있다.At least one capacitor may be located between the plurality of transmitting coils and at least one power source.
일실시예에 따른 적어도 하나의 전원은 상기 복수의 송신 코일들에 공급되는 전류의 위상을 제어하는 인터버(Inverter)를 포함할 수 있다.At least one power source may include an inverter for controlling a phase of a current supplied to the plurality of transmission coils.
일실시예에 따른 인버터는 상기 송신 코일들과 상기 무선 충전 공간 내에 존재하는 수신 코일 간의 기울기 또는 상기 무선 충전 공간 내에 존재하는 수신 코일의 위치를 고려하여 송신 코일들에 공급되는 전류의 위상을 제어할 수 있다.An inverter according to an embodiment may control the phase of the current supplied to the transmitting coils in consideration of a slope between the transmitting coils and the receiving coils existing in the wireless charging space or a position of the receiving coils existing in the wireless charging space. Can be.
일실시예에 따른 전류는 상기 무선 충전 공간 내에 배치된 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들 간에 위상 차를 갖거나 또는 동일한 위상을 갖는 두 개 이상의 위상을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the current may include two or more phases having a phase difference or the same phase between at least one pair of transmission coils disposed in the wireless charging space.
일실시예에 따른 무선 충전 장치는, 무선 충전 공간 내에 존재하는 송신 코일에서 형성되는 유도 전류를 감지하는 통신기를 더 포함할 수 있다.The wireless charging apparatus according to an embodiment may further include a communicator for detecting an induced current formed in a transmission coil existing in the wireless charging space.
일실시예에 따른 인버터는 상기 통신기를 통해 감지된 유도 전류에 기초하여 상기 송신 코일들에 공급되기 위해 초기에 설정된 전류의 위상을 제어할 수 있다.The inverter according to an embodiment may control the phase of the initially set current to be supplied to the transmitting coils based on the induced current sensed through the communicator.
일실시예에 따른 무선 충전 장치는 3차원 형태의 무선 충전 공간 내에서 서로 마주보도록 배치된 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들; 상기 복수의 송신 코일들에 공급되는 전류의 위상을 제어하는 인터버(Inverter)를 포함하는 전원; 상기 송신 코일들의 사이즈를 줄이거나 또는 상기 송신 코일들의 공진 주파수를 낮추는 적어도 하나의 커패시터; 및 무선 충전 공간 내에 존재하는 송신 코일에서 형성되는 유도 전류를 감지하는 통신기를 포함할 수 있다.In one embodiment, a wireless charging device includes: at least one pair of transmission coils disposed to face each other in a three-dimensional wireless charging space; A power supply including an inverter for controlling a phase of a current supplied to the plurality of transmission coils; At least one capacitor that reduces the size of the transmitting coils or lowers the resonant frequency of the transmitting coils; And a communicator configured to sense an induced current formed in a transmitting coil existing in the wireless charging space.
일실시예에 따른 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들은 상기 적어도 하나의 전원으로부터 공급된 전류에 의해 상기 무선 충전 공간 상에 균일장을 형성할 수 있다.At least one pair of transmission coils according to an embodiment may form a uniform field on the wireless charging space by a current supplied from the at least one power source.
일실시예에 따른 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들은 상기 3차원 형태의 무선 충전 공간에 존재하는 적어도 하나의 수신 코일의 방향과 동일한 방향으로 균일장을 형성할 수 있다.According to an embodiment, at least one pair of transmitting coils may form a uniform field in the same direction as that of at least one receiving coil in the wireless charging space having the three-dimensional shape.
일실시예에 따른 적어도 하나의 전원은 상기 무선 충전 공간 내에 배치된 복수의 송신 코일들 간에 동일한 위상 또는 서로 다른 위상을 갖는 전류를 공급할 수 있다.At least one power source according to an embodiment may supply a current having the same phase or a different phase between a plurality of transmitting coils disposed in the wireless charging space.
일실시예에 따른 인버터는 상기 송신 코일들과 상기 무선 충전 공간 내에 존재하는 수신 코일 간의 기울기 또는 상기 무선 충전 공간 내에 존재하는 수신 코일의 위치를 고려하여 송신 코일들에 공급되는 전류의 위상을 제어할 수 있다.An inverter according to an embodiment may control the phase of the current supplied to the transmitting coils in consideration of a slope between the transmitting coils and the receiving coils existing in the wireless charging space or a position of the receiving coils existing in the wireless charging space. Can be.
일실시예에 따른 전류는 상기 무선 충전 공간 내에 배치된 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들 간에 위상 차를 갖거나 또는 동일한 위상을 갖는 두 개 이상의 위상을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the current may include two or more phases having a phase difference or the same phase between at least one pair of transmission coils disposed in the wireless charging space.
일실시예에 따른 인버터는 상기 통신기를 통해 감지된 유도 전류에 기초하여 상기 송신 코일들에 공급되기 위해 초기에 설정된 전류의 위상을 제어할 수 있다.The inverter according to an embodiment may control the phase of the initially set current to be supplied to the transmitting coils based on the induced current sensed through the communicator.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 장치는 복수의 송신 코일들이 배치되는 3차원 형태의 무선 충전 공간을 활용하여 무선 충전 공간 상에 위치할 수 있는 모든 전자 기기(웨어러블 기기 및 IoT 기기 등)에 포함된 수신 코일을 이용해 전자 기기의 배터리에 대한 무선 충전을 수행할 수 있다.The wireless charging device according to an embodiment of the present invention utilizes a three-dimensional wireless charging space in which a plurality of transmission coils are disposed to all electronic devices (wearable devices, IoT devices, etc.) that can be located in the wireless charging space. Wireless charging of the battery of the electronic device may be performed using the included receiving coil.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 장치는 무선 충전 공간에 존재하는 수신 코일의 기울기 및 방향을 고려하여 송신 코일에 공급되는 전류의 위성을 제어함으로써, 무선 충전 공간 내에 어떤 위치에서도 자유로이 무선 충전을 수행할 수 있다.Wireless charging device according to an embodiment of the present invention by controlling the satellite of the current supplied to the transmission coil in consideration of the inclination and direction of the receiving coil present in the wireless charging space, freely wireless charging at any position in the wireless charging space Can be done.
도 1은 일실시예에 따른 3차원 형태의 무선 충전 공간을 이용한 무선 충전 장치에 관한 전체 구성도이다.
도 2는 일실시예에 따른 무선 충전 공간 내에 배치되는 송신 코일을 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 송신 코일 및 송신 코일에서 형성되는 균일장의 형태를 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 무선 충전 공간에 존재하는 수신 코일과 송신 코일 간의 결합이 일어나는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 무선 충전 공간에 존재하는 수신 코일과 송신 코일 간의 결합이 일어나는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 커패시터를 포함하는 송신 코일을 도시한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 무선 충전 공간 내에 배치된 송신 코일에서 형성되는 자기장 간에 상쇄되는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 송신 코일과 수신 코일 간의 기울기에 따른 효율 변화를 도시한 그래프이다.
도 9는 일실시예에 따른 도 7에서 언급한 상쇄되는 자기장에 대한 효율 변화를 도시한 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 전원에서 공급되는 전류의 위상 변화에 따른 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일실시예에 따른 전원에 포함되는 인버터를 이용하여 송신 코일들에서 형성되는 자기장의 위상을 제어하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일실시예에 따른 3차원 형태의 무선 충전 공간을 이용한 무선 충전 장치에 대한 효용성을 평가한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일실시예에 따른 3차원 형태의 무선 충전 공간에 배치된 송신 코일들에서 형성되는 균일장의 크기를 비교한 도면이다.
도 14는 일실시예에 따른 전류의 위상에 따라 형성되는 균일장의 형태를 나타낸 도면이다.
도 15는 일실시예에 따른 무선 충전 장치가 수행하는 프로세서를 보여주기 위한 흐름도이다.1 is an overall configuration diagram of a wireless charging apparatus using a wireless charging space in a three-dimensional form according to an embodiment.
2 is a diagram illustrating a transmission coil disposed in a wireless charging space according to an embodiment.
3 is a diagram illustrating a form of a transmission coil and a uniform field formed in the transmission coil according to an embodiment.
4 is a diagram for describing an operation of coupling between a receiving coil and a transmitting coil existing in a wireless charging space, according to an exemplary embodiment.
FIG. 5 is a diagram for describing an operation of coupling between a receiving coil and a transmitting coil existing in a wireless charging space according to another embodiment.
6 illustrates a transmission coil including a capacitor according to an embodiment.
7 is a diagram for describing an operation of canceling between magnetic fields formed in a transmitting coil disposed in a wireless charging space, according to an exemplary embodiment.
8 is a graph illustrating a change in efficiency according to a slope between a transmitting coil and a receiving coil, according to an exemplary embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating an efficiency change for the canceled magnetic field mentioned in FIG. 7 according to an embodiment.
10 is a diagram illustrating characteristics of a phase change of a current supplied from a power source, according to an exemplary embodiment.
FIG. 11 is a diagram for describing an operation of controlling a phase of magnetic fields formed in transmission coils by using an inverter included in a power source, according to an exemplary embodiment.
12 is a diagram for describing a result of evaluating the effectiveness of a wireless charging device using a wireless charging space having a three-dimensional shape according to an embodiment.
FIG. 13 is a diagram comparing sizes of uniform fields formed in transmission coils disposed in a wireless charging space having a three-dimensional shape, according to an exemplary embodiment.
14 is a diagram illustrating a shape of a uniform field formed according to a phase of a current according to an embodiment.
15 is a flowchart illustrating a processor performed by a wireless charging apparatus according to an embodiment.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하는 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 실시 예는 당 업계의 평균적인 지식을 갖는 자에게 본 발명을 보다 완전하기 설명하기 위하여 제공되는 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified in various forms. To provide a more complete description of the present invention.
도 1은 일실시예에 따른 3차원 형태의 무선 충전 공간을 이용한 무선 충전 장치에 관한 전체 구성도이다.1 is an overall configuration diagram of a wireless charging apparatus using a wireless charging space in a three-dimensional form according to an embodiment.
도 1을 참고하면, 무선 충전 장치(101)는 3차원 형태의 무선 충전 공간(106) 상에 배치되어, 무선 충전 공간 내 존재하는 전자 기기와의 무선 충전을 수행할 수 있다. 이를 위해, 무선 충전 장치(101)는 무선 충전 공간(106) 내에 배치된 송신 코일들(102), (103), (104), (105) 및 송신 코일들에 전류를 공급하는 전원(108), (109)를 포함할 수 있다. 그리고, 무선 충전 장치(101)는 송신 코일들(102), (103), (104), (105) 및 전원(108), (109)를 통해 3차원 형태의 무선 충전 공간(106)에 대하여 무선 충전을 위한 에너지 존(Energy Zone)으로 형성할 수 있다. 다시 말해, 무선 충전 장치(101)는 무선 충전 공간(106) 내에 배치된 송신 코일들(102), (103), (104), (105) 각각에서 자기장을 형성하고, 무선 충전 공간(106)은 송신 코일들(102), (103), (104), (105) 각각에서 형성된 자기장에 의한 균일장에 따른 에너지 존으로 형성될 수 있다. 여기서, 균일장(Quiet Zone)은 송신 코일들(102), (103), (104), (105) 각각에서 형성된 자기장에 대응하여 에너지 밀도가 균일한 자기장을 의미할 수 있다. 즉, 균일장은 3차원 형태의 무선 충전 공간(106)에 나란히 배치된 송신 코일들(102), (103), (104), (105) 사이에서 형성되는 자기장이 조밀하게 형성됨에 따라 이로 인해 에너지 밀도가 균일하게 형성된 자기장을 의미할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
이 때, 송신 코일들(102), (103), (104), (105)은 에너지 존으로 형성하기 위한 무선 충전 공간(106)이 구현되는 구조물을 고려하여 다양한 위치에 배치될 수 있다. 일례로, 송신 코일들(102), (103), (104), (105)은 사각 형태 혹은 원통 형태를 갖는 구조물을 고려하여 구조물의 벽면, 천장, 바닥, 모서리 등 다양한 위치에 배치될 수 있다. 자세한 구성은 도 2를 통해 설명하도록 한다.In this case, the transmitting
그리고, 송신 코일들(102), (103), (104), (105)은 무선 충전 공간(106)에 배치됨에 있어, 무선 충전 공간(106) 내에서 서로 마주보도록 배치되는 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들을 포함할 수 있다. 즉, 송신 코일들(102), (103), (104), (105)은 한 쌍의 송신 코일들이 복수 개로 존재할 수 있다. 일례로, 무선 충전 장치(101)는 정사각형 구조의 무선 충전 공간(106)의 각 면에 송신 코일을 배치되고, 무선 충전 공간(106)에 배치된 4개의 송신 코일은 서로 마주보는 코일에 대하여 한 쌍의 형태로 구현될 수 있다.In addition, the transmitting
여기서, 본 발명은 서로 마주보는 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일을 이용하여 무선 충전 공간(106) 내 균일장을 형성하여 무선 충전 공간(106) 내 일정한 에너지 밀도를 조성함으로써, 특정 공간 내 형성되는 에너지의 효율을 향상시킬 수 있다.Here, the present invention is formed in a specific space by forming a uniform field in the
송신 코일들(102), (103), (104), (105)은 전원(108), (109)으로부터 공급되는 전류를 의해 자기장을 형성할 수 있으며, 송신 코일들(102), (103), (104), (105)은 동일하거나 서로 다른 전원(108), (109)으로부터 전류를 공급받을 수 있다. 일례로, 무선 충전 장치(101)는 송신 코일들(102), (103), (104), (105)을 무선 충전 공간(106)에 배치함에 있어, i) 송신 코일들(103, 105)와 ii) 송신 코일들(102, 104)로 두 쌍의 송신 코일들을 배치할 수 있다.The transmitting coils 102, 103, 104, 105 can form a magnetic field by the current supplied from the
여기서, 송신 코일들(103, 105)와 송신 코일들(102, 104)은 전원(108), (109)으로부터 공급되는 전류에 있어서, 전류의 위상이 90도 차이를 가질 때, 보다 정밀한 균일장을 형성할 수 있다. 즉, 송신 코일들(103, 105)에 공급되는 전류와 송신 코일들(102, 104)에 공급되는 전류 간에는 90도 위상차를 가질 수 있다.Here, the transmitting
그리고, 한 쌍의 송신 코일들(103, 105)은 전원(108)으로부터 전류를 공급받으며, 다른 한 쌍의 송신 코일들(102, 104)은 전원(109)으로부터 전류를 공급받을 수 있다. 송신 코일들(102), (103), (104), (105)은 전류를 공급받기 위해 연결된 동일한 전원 또는 서로 다른 전원으로부터 전류를 공급받을 수 있다. 그리고, 전원(108), (109)은 기 설정된 전류를 송신 코일들(102), (103), (104), (105)로 전달할 수 있다.In addition, the pair of transmission coils 103 and 105 may receive current from the
무선 충전 장치(101)는 무선 충전 공간(106) 내에 존재하는 수신 코일(107)의 존재 여부를 감지할 수 있다. 다시 말해, 무선 충전 장치(101)는 수신 코일(107)을 포함하는 전자 기기를 인식하고, 이에 따른 수신 코일(107)의 존재 여부를 파악할 수 있다. 일례로, 무선 충전 장치(101)는 위치 기반의 통신 기술을 기반으로 무선 충전 공간(106) 내 존재하는 수신 코일(107)을 포함하는 전자 기기를 감지할 수 있다. 여기서, 위치 기반의 통신 기술은 근거리 무선 통신(NFC: Near Field Communications), 블루투스(BlueTooth), 와이파이(Wi-Fi) 등을 포함할 수 있다.The
그리고, 무선 충전 장치(101)는 무선 충전 공간(106) 내에 존재하는 수신 코일(107)을 기반으로 적어도 하나의 송신 코일과의 결합이 이루어진 수신 코일(107)에 형성되는 유도 전류를 검출할 수 있다. 구체적으로, 무선 충전 장치(101)는 무선 충전 공간(106)에 배치된 송신 코일들(102), (103), (104), (105) 중에서 적어도 하나의 송신 코일에서 형성된 균일장에 따른 결합이 발생함에 따라 수신 코일(107)에서 형성되는 유도 전류를 검출할 수 있다.In addition, the
수신 코일(107)에서 형성되는 유도 전류는 전원(108), (109)으로부터 공급된 기 설정된 전류에 따라 송신 코일들(102), (103), (104), (105)에서 형성된 균일장에 의해 유도된 전류일 수 있다. 또한, 수신 코일(107)에서 형성되는 유도 전류는 무선 충전 공간(106) 내에 수신 코일(107)의 위치가 변화함에 따라 서로 다른 전류의 값을 나타낼 수 있다.The induced current formed in the receiving
결국, 무선 충전 장치(101)는 무선 충전 공간(106) 내에 수신 코일(107)의 위치에 대응하여 검출된 수신 코일(107)에 대한 유도 전류를 바탕으로 송신 코일들(102), (103), (104), (105)로 공급하는 전류의 위상을 변화시킬 수 있다. 즉, 무선 충전 장치(101)는 전원에서 발생되는 전류에 대하여 기 설정된 전류의 위상을 유도 전류에 기초한 전류의 위상으로 변화시킬 수 있다. 그리고, 전원(108), (109)은 위상이 변경된 전류를 송신 코일들(102), (103), (104), (105)로 공급할 수 있다.As a result, the
이후, 무선 충전 장치(101)는 위상이 변경된 전류에 의해 송신 코일들(102), (103), (104), (105)에서 형성되는 균일장에 의해 수신 코일(107)에 유도된 유도 전류를 재 검출할 수 있다. 그리고, 무선 충전 장치(101)는 재 검출된 유도 전류가 정상 상태이면, 전류의 위상을 유지하면서 수신 코일(107)을 포함하는 전자 기기의 충전을 진행시킬 수 있다. 결국, 무선 충전 장치(101)는 무선 충전 공간(106) 내에 수신 코일(107)의 위치에 따라 서로 다른 위상을 갖는 전류를 송신 코일들(102), (103), (104), (105)로 공급함으로써, 무선 충전 공간(106)에 대한 제한 없이 자유로이 충전을 수행할 수 있다.Then, the
이러한, 무선 충전 장치(101)를 이용한 무선 충전 기술은 다양한 기기 특히 스마트폰과 같은 패드형 기기 외에 적용이 가능하여, 미래에 도래할 웨어러블기기 및 IoT기기의 활성화에 지대적인 효과를 가져오게 될 것이다. 특히나, 무선 충전 장치(101)를 이용한 무선 충전 기술은 유선충전 및 배터리 교환이 어려운 소형 웨어러블 기기들에 대하여 특정 공간에 자유로이 놓아 두고, 이에 따라 자동적으로 충전이 수행됨으로써, 이로 인한 사용의 편이성을 제공할 수 있다.The wireless charging technology using the
결국, 본 발명은 특정 공간 내 무선 전송 방식을 활용하여 X, Y, Z 축을 갖는 3차원 형태의 무선 충전 공간에 전자 기기가 들어오면, 무선 충전 공간을 구성하는 3차원의 X, Y, Z 축 중 하나의 축에 배치된 송신 코일들과 전자 기기에 포함된 수신 코일 간에 공진을 통해 자동적으로 전자 기기의 배터리를 충전할 수 있다.As a result, when the electronic device enters the three-dimensional wireless charging space having the X, Y, and Z axes using a wireless transmission scheme in a specific space, the three-dimensional X, Y, and Z axes constituting the wireless charging space are included. The battery of the electronic device may be automatically charged through resonance between the transmission coils disposed on one of the axes and the reception coil included in the electronic device.
도 2는 일실시예에 따른 무선 충전 공간 내에 배치되는 송신 코일을 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a transmission coil disposed in a wireless charging space according to an embodiment.
도 2를 참고하면, 송신 코일들은 무선 충전 공간 내에 다양한 위치에 배치될 수 있으며, 적어도 하나의 전원으로부터 공급된 전류에 의해 상기 무선 충전 공간 상에 균일장을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 2, the transmission coils may be disposed at various positions in the wireless charging space, and may form a uniform field on the wireless charging space by a current supplied from at least one power source.
도 2의 (a)를 살펴보면, 송신 코일들은 무선 충전 공간의 벽면, 천장, 바닥 등에 배치될 수 있다. 여기서, 송신 코일들은 서로 마주보는 천장과 바닥, 서로 마주보는 벽면에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 2A, the transmitting coils may be disposed on a wall, a ceiling, a floor, or the like of the wireless charging space. Here, the transmitting coils may be disposed on the ceiling and the floor facing each other, the wall facing each other.
도 2의 (b)를 살펴보면, 송신 코일들은 무선 충전 공간을 구성하는 4개의 벽면에 각각 배치될 수 있다. 여기서, 하나의 벽면에는 하나 이상의 송신 코일이 배치될 수 있으며, 이에 따라 송신 코일에서 형성되는 균일장의 영역을 확대시킬 수 있다. 즉, 도 2의 (b)에 도시된 도면은 하나의 송신 코일을 이용해 균일장을 형성하는 구성에서 확장된 개념으로써, 무선 충전 공간의 면적이 크거나 또는 좀 더 전류의 세기가 강해야 하는 경우를 고려하여 복수 개의 송신 코일을 배치할 수 있다.Referring to (b) of Figure 2, the transmission coils may be disposed on each of the four walls constituting the wireless charging space. Here, one or more transmission coils may be disposed on one wall, thereby enlarging the area of the uniform field formed in the transmission coil. That is, the diagram shown in (b) of FIG. 2 is an extended concept in the configuration of forming a uniform field by using one transmitting coil, and the case where the area of the wireless charging space should be large or the current intensity should be stronger. In consideration of this, a plurality of transmission coils may be arranged.
도 2의 (c)를 살펴보면, 송신 코일들은 무선 충전 공간의 천장의 각 모서리 또는 바닥의 각 모서리에 배치될 수 있다. 여기서, 3차원 형태의 무선 충전 공간에 배치되는 송신 코일들은 도 2를 통해 도시한 예시 이외에 다양한 형태로 배치될 수 있다. 또한, 본 발명은 송신 코일을 배치함에 있어, 한 쌍의 송신 코일을 병렬로 결합하는 구조와 직렬로 결합하는 구조를 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명은 송신 코일을 형성함에 있어 자체 공진 혹은 추가 Cap을 이용하여 송신 코일 간에 공진을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 2C, the transmission coils may be disposed at each corner of the ceiling or each corner of the floor of the wireless charging space. Here, the transmission coils disposed in the three-dimensional wireless charging space may be arranged in various forms in addition to the example illustrated in FIG. 2. In addition, the present invention may include a structure for coupling a pair of transmission coils in parallel with the structure in series in the arrangement of the transmission coil. In the present invention, the resonance may be formed between the transmission coils by using self resonance or an additional Cap in forming the transmission coils.
도 3은 일실시예에 따른 송신 코일 및 송신 코일에서 형성되는 자기장의 형태를 도시한 도면이다.3 illustrates a transmission coil and a magnetic field formed in the transmission coil, according to an exemplary embodiment.
도 3의 (a)에 도시된 도면은, 3차원 형태의 무선 충전 공간(106)을 형성하기 위한 송신 코일들(102, 103, 104, 105)의 기본 구성을 나타내는 단면도일 수 있다. 이러한 단면도를 기반으로 무선 충전 장치는 복수의 송신 코일들(102, 103, 104, 105) 및 적어도 하나의 전원(108, 109)을 포함할 수 있다.3A may be a cross-sectional view illustrating a basic configuration of the transmitting coils 102, 103, 104, and 105 for forming the
여기서, 복수의 송신 코일들(102, 103, 104, 105)은 3차원 형태의 무선 충전 공간(106) 내에 배치될 수 있으며, 무선 충전 공간(106) 내에서 서로 마주보도록 배치되는 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들을 구현될 수 있다. 여기서, 복수의 송신 코일들(102, 103, 104, 105)을 이용한 무선 충전 공간(106) 상의 배치 구조는 일정한 크기의 영역을 갖는 무선 충전 공간(106)의 각 구간에 배치되고, 무선 충전 공간(106) 내에서 일정한 효율을 유지할 수 있도록 고안된 구조일 수 있다.Here, the plurality of transmission coils (102, 103, 104, 105) may be disposed in the
또한, 이러한 배치 구조는 무선 충전 공간(106) 즉, 단면도의 점선 내에 수신 코일이 존재하게 되는 경우, 수신 코일의 위치에 관계 없이 동일한 유도 전류를 제공받기 위함일 수 있다. 다시 말해, 서로 마주보도록 배치되는 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들(102, 103, 104, 105)은 전원(108, 109)으로부터 공급된 전류에 의해 무선 충전 공간(106) 상에 균일장을 형성할 수 있다.In addition, this arrangement structure may be to receive the same induced current regardless of the position of the receiving coil when the receiving coil is present in the
이 때, 전원(108, 109)은 한 쌍으로 서로 마주보도록 배치된 코일 사이에 존재하는 3차원 형태의 무선 충전 공간 상에 균일장을 형성할 수 있도록 한 쌍의 코일에 같은 방향으로 전류가 흐르도록 제어할 수 있다. 그리고, 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들(102, 103, 104, 105)은 전원으로부터 동일한 방향으로 흐르도록 제어된 전류를 공급받음에 따라 한 쌍으로 배치된 송신 코일과 송신 코일 사이에 일정한 파장으로 자기장이 형성될 수 있다.At this time, the power supplies 108 and 109 flow in the same direction to the pair of coils so as to form a uniform field on the three-dimensional wireless charging space existing between the coils arranged to face each other in pairs. Can be controlled. The at least one pair of transmitting
이에 따라, 무선 충전 공간(106)은 송신 코일들(102, 103, 104, 105)에서 형성된 균일장에 의해 에너지 밀도가 일정한 충전 영역으로 조정될 수 있다. 이 때, 송신 코일들(102, 103, 104, 105)은 서로 마주보도록 배치되는 적어도 하나의 한 쌍으로 구현됨에 따라 한 쌍으로 구현된 송신 코일들 간에는 균일장이 조밀하게 형성됨으로써, 보다 균일한 형태의 에너지 밀도를 갖는 자기장이 조성될 수 있다.Accordingly, the
이후, 수신 코일은 균일한 에너지 밀도를 갖는 무선 충전 공간(106) 내에 위치함으로써, 공간 상의 위치와 무관하게 송신 코일들(102, 103, 104, 105)에 의해 동일한 유도 전류를 제공받을 수 있다.The receiving coil can then be located in the
도 3의 (a)에 도시된 단면도를 참고하면, 한 쌍의 송신 코일들(102, 104)은 가로 방향으로 균일장을 형성하게 되며, 다른 한 쌍의 송신 코일들(103, 105)는 세로 방향으로 균일장을 형성하도록 되어 있는 특징일 수 있다. 이 때, 송신 코일들(102, 104)에 연결된 전원(109)과 송신 코일들(103, 105)에 연결된 전원(108)은 동일한 위상을 갖는 전류를 출력할 수 있다.Referring to the cross-sectional view shown in (a) of FIG. 3, the pair of transmitting
여기서, 도 3의 (a)에 도시된 송신 코일들(103, 105)에 공급되는 전류와 송신 코일들(102, 104)에 공급되는 전류는 서로 다른 위상을 갖는 전류가 공급될 수 있다. 다시 말해, 본 발명은 3차원 형태의 무선 충전 공간 내 위치한 수신 코일에 대한 정상적인 충전 기능을 제공하기 위하여 무선 충전 공간 내 균일한 자기장을 조정하는 작업이 필요하다. 이에 따라, 송신 코일들(102), (103), (104), (105)이 무선 충전 공간을 구성하는 4개의 벽면에 배치되었다고 가정할 때, 본 발명은 한 쌍을 이루는 송신 코일(103)과 송신 코일(105)에 공급되는 전류의 위상을 동일하게 설정할 수 있으며, 송신 코일들(103, 105)과 다른 한 쌍을 이루는 송신 코일(102)과 송신 코일(104)에 공급되는 전류의 위상을 동일하게 설정할 수 있다.Here, the current supplied to the transmission coils 103 and 105 and the current supplied to the transmission coils 102 and 104 shown in FIG. 3A may be supplied with currents having different phases. In other words, the present invention needs to adjust a uniform magnetic field in the wireless charging space to provide a normal charging function for the receiving coil located in the three-dimensional wireless charging space. Accordingly, assuming that the transmission coils 102, 103, 104, and 105 are disposed on four walls that constitute the wireless charging space, the present invention provides a pair of transmission coils 103. And the phase of the current supplied to the transmitting
그리고, 본 발명은 송신 코일들(102), (103), (104), (105)에 공급되는 전류에 90도의 위상차가 발생하도록 송신 코일들(103, 105)에 공급되는 전류의 위상과 송신 코일들(102, 104)에 공급되는 전류의 위상을 다르게 설정할 수 있다. 일례로, 송신 코일들(103, 105)에 공급되는 전류의 위상은 0도를 나타낼 수 있으며, 송신 코일들(102, 104)에 공급되는 전류의 위상은 90도를 나타냄에 따라 송신 코일들(103, 105)에 공급되는 전류의 위상과 송신 코일들(102, 104)에 공급되는 전류의 위상 간에 90도의 위상차가 발생할 수 있다.In addition, the present invention transmits the phase and the current of the current supplied to the transmission coils (103, 105) so that a phase difference of 90 degrees occurs in the current supplied to the transmission coils (102), (103), (104), and (105). The phase of the current supplied to the
이에 따라, 송신 코일들(103, 105)과 송신 코일들(102, 104)은 In-Phase로 전류를 공급받을 때보다 90도의 위상차를 갖는 전류를 공급받을 때 전류의 값에 대한 최대값과 최소값 차가 적고, 무선 충전 공간 내에 보다 조밀한 균일장이 형성될 수 있다.Accordingly, when the transmitting
도 3의 (b)에 도시된 도면은, 한 쌍으로 배치된 송신 코일과 송신 코일 사이에 형성되는 균일장의 형태 및 송신 코일들이 어떻게 연결되는지에 대한 위치를 도시한 단면도이다.3 (b) is a cross-sectional view showing the form of a uniform field formed between a pair of transmitting coils and the transmitting coils and a position of how the transmitting coils are connected.
무선 충전 장치는 한 쌍으로 배치된 송신 코일(105')와 송신 코일(105'')에 같은 방향으로 전류가 흐르도록 공급할 수 있다. 그리고, 무선 충전 장치는 한 쌍으로 배치된 송신 코일(105')와 송신 코일(105'')에 공급된 전류에 의해 장지장(107)의 분포가 점선으로 된 영역 즉, 무선 충전 공간(106)에서 균일장이 형성되도록 유도할 수 있다.The wireless charging device may supply current to the transmitting
도 3의 (b)에 도시된 도면은, 도 3의 (a)에서 확장되는 개념으로써, 무선 충전 공간(106)의 일정 구간에 있어서, 복수의 송신 코일을 배치하고, 이를 하나의 쌍으로 구현함에 따라 수신 코일의 방향이 90도 회전하여도 송신 코일에 의해 수신되는 수신 코일의 입장에서 균일장이 형성되도록 코일의 쌍을 증가 시킨 구조이다.3 (b) is a concept that is extended from (a) of FIG. 3, in which a plurality of transmitting coils are arranged in a certain section of the
도 4는 일실시예에 따른 무선 충전 공간에 존재하는 수신 코일과 송신 코일 간의 결합이 일어나는 동작을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for describing an operation of coupling between a receiving coil and a transmitting coil existing in a wireless charging space, according to an exemplary embodiment.
도 4를 참고하면, 무선 충전 장치는 무선 충전 공간(106)에 존재하는 수신 코일(107)과 송신 코일(102, 103, 104, 105) 중 하나의 송신 코일 간의 결합이 발생함에 따라 수신 코일(107)에 유도 전류가 형성될 수 있다. 이 때, 무선 충전 장치는 무선 충전 공간(106) 내에 존재하는 적어도 하나의 수신 코일(107)의 방향과 동일한 방향으로 균일장을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4, the wireless charging apparatus includes a receiving
구체적으로, 무선 충전 장치는 무선 충전 공간(106) 내에 존재하는 수신 코일(107)의 위치에 따른 방향을 판단할 수 있다. 그리고, 무선 충전 장치는 판단된 수신 코일(107)의 방향과 동일한 방향으로 균일장을 형성할 수 있다.In detail, the wireless charging apparatus may determine a direction according to the position of the receiving
일례로, 무선 충전 공간(106) 내에 존재하는 수신 코일(107)은 세로 방향을 가지며, 송신 코일들(102, 103, 104, 105) 중에서 송신 코일(103)에 인접하여 위치할 수 있다. 이에 따라, 무선 충전 장치는 송신 코일(103, 105)를 이용하여 세로 방향으로 균일장을 형성할 수 있다. 즉, 수신 코일(107)는 무선 충전 공간(106) 내 세로 방향으로 위치함에 따라 세로 축 방향의 자기장을 형성하는 송신 코일(103, 105)과 결합될 수 있다. 그리고, 송신 코일(103, 105)은 대부분의 전류를 전원(108)에서 공급받을 수 있다.In one example, the receiving
또한, 수신 코일(107)은 송신 코일(103), (105) 중에서 결합계수가 높은 송신 코일(103)과의 공진을 통해 유도 전류가 형성될 수 있다. 즉, 수신 코일(107)은 복수의 송신 코일들 중 하나의 송신 코일과의 결합할 때, 보다 인접하여 위치한 송신 코일에 의해 유도 전류를 형성할 수 있다. 일례로, 본 발명은 송신 코일(103)에서 형성된 균일장에 의해서 수신 코일(107)에 자기장이 유도됨에 따라 이로 인한 유도 전류를 형성할 수 있다.In addition, the induction current may be formed in the
도 5는 다른 실시예에 따른 무선 충전 공간에 존재하는 수신 코일과 송신 코일 간의 결합이 일어나는 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a diagram for describing an operation of coupling between a receiving coil and a transmitting coil existing in a wireless charging space according to another embodiment.
도 5를 참고하면, 무선 충전 장치는 무선 충전 공간(106)에 존재하는 수신 코일(107)과 송신 코일(102, 103, 104, 105) 중 하나의 송신 코일 간의 결합이 발생함에 따라 수신 코일(107)에 유도 전류가 형성될 수 있다. 이 때, 무선 충전 장치는 무선 충전 공간(106) 내에 존재하는 적어도 하나의 수신 코일(107)의 방향과 동일한 방향으로 균일장을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5, the wireless charging apparatus includes a receiving
구체적으로, 무선 충전 장치는 무선 충전 공간(106) 내에 존재하는 수신 코일(107)의 위치에 따른 방향을 판단할 수 있다. 그리고, 무선 충전 장치는 판단된 수신 코일(107)의 방향과 동일한 방향으로 균일장을 형성할 수 있다.In detail, the wireless charging apparatus may determine a direction according to the position of the receiving
일례로, 무선 충전 공간(106) 내에 존재하는 수신 코일(107)은 가로 방향을 가지며, 송신 코일들(102, 103, 104, 105) 중에서 송신 코일(104)에 인접하여 위치할 수 있다. 이에 따라, 무선 충전 장치는 송신 코일(102, 104)를 이용하여 가로 방향으로 균일장을 형성할 수 있다. 즉, 수신 코일(107)는 무선 충전 공간(106) 내 가로 방향으로 위치함에 따라 가로 방향으로 균일장을 형성하는 송신 코일(102, 104)과 결합될 수 있다. 여기서, 송신 코일(102, 104)은 대부분의 전류를 전원(109)로부터 공급받을 수 있다.In one example, the receiving
즉, 수신 코일(107)은 송신 코일(102), (104) 중에서 결합계수가 높은 송신 코일(104)과의 공진을 통해 유도 전류가 형성될 수 있다. 일례로, 본 발명은 송신 코일(104)에서 형성된 균일장에 의해서 수신 코일(107)에 자기장이 유도됨에 따라 이로 인한 유도 전류를 형성할 수 있다.That is, the induction current may be formed in the
도 6은 일실시예에 따른 커패시터를 포함하는 송신 코일을 도시한 도면이다.6 illustrates a transmission coil including a capacitor according to an embodiment.
도 6을 참고하면, 무선 충전 장치는 송신 코일들(102, 103, 104, 105)의 사이즈를 줄이거나 또는 송신 코일들(102, 103, 104, 105)의 공진 주파수를 낮추는 적어도 하나의 커패시터(Capacitor: 601)를 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터(601)는 복수의 송신 코일들(102, 103, 104, 105)과 적어도 하나의 전원 사이에 위치할 수 있으며, 커패시터(601)와 연결되는 송신 코일들(102, 103, 104, 105)은 커패시터(601)에 의해 공진 주파수가 낮아질 수 있다.Referring to FIG. 6, the wireless charging apparatus may include at least one capacitor that reduces the size of the transmitting coils 102, 103, 104, 105 or lowers the resonance frequency of the transmitting coils 102, 103, 104, 105. Capacitor 601) may be further included. At least one
다시 말해, 송신 코일들(102, 103, 104, 105)은 일반적으로 전원으로부터 공급된 전류에 대응하는 공진 주파수에 따른 균일장을 형성할 수 있다. 이 때, 커패시터(601)와 연결되는 송신 코일들(102, 103, 104, 105)은 커패시터(601)에 의해 전원으로부터 공급된 전류가 필터링됨에 따라 이로 인해 전류에 의한 공진 주파수가 낮아질 수 있다.In other words, the transmitting
도 7은 일실시예에 따른 무선 충전 공간 내에 배치된 송신 코일에서 형성되는 자기장 간에 상쇄되는 동작을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for describing an operation of canceling between magnetic fields formed in a transmitting coil disposed in a wireless charging space, according to an exemplary embodiment.
도 7을 참고하면, 무선 충전 장치는 무선 충전 공간(106)에 배치된 송신 코일들(102, 103, 104, 105)이 형성하는 균일장이 전송되지 않는 위치가 존재할 수 있다. 다시 말해, 도 7에 도시된 바와 같이 수신 코일(107)이 무선 충전 공간(106)의 각 모서리에 위치하는 경우, 수신 코일(107)은 송신 코일들(102, 103, 104, 105)에서 형성되는 균일장에 대한 전송이 불가할 수 있다.Referring to FIG. 7, the wireless charging device may have a position where the uniform field formed by the transmission coils 102, 103, 104, and 105 disposed in the
이는 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들에 의해 균일장이 상쇄되기 때문이다. 다시 말해, 송신 코일(102, 104)와 송신 코일(103, 105) 간에 형성되는 균일장은 서로 교차되어 형성됨에 따라 이로 인해 균일장 간에 상쇄가 발생할 수 있다. 그리고, 이에 따라 무선 충전 공간(106)의 특정 지점에 대하여 송신 코일들(102, 103, 104, 105)에서 형성되는 균일장에 대한 전송이 불가한 지점이 발생할 수 있다.This is because the uniform field is canceled by at least one pair of transmission coils. In other words, as the uniform fields formed between the transmitting
따라서, 본 발명은 전원에서 공급되는 전류의 위상을 제어함으로써, 균일장에 대한 전송이 불가한 지점이 없이 모든 무선 충전 공간(106)에서의 충전이 가능하도록 환경을 조성할 수 있다. 이에 대한 자세한 구성은 도 8 내지 도 10을 통해 연속적으로 설명하도록 한다.Therefore, by controlling the phase of the current supplied from the power source, the present invention can create an environment to enable charging in all the
도 8은 일실시예에 따른 송신 코일과 수신 코일 간의 기울기에 따른 효율 변화를 도시한 그래프이다.8 is a graph illustrating a change in efficiency according to a slope between a transmitting coil and a receiving coil, according to an exemplary embodiment.
도 8에 도시된 그래프는 송신 코일과 수신 코일(802) 간의 기울기에 따른 효율 변화를 도시한 그래프일 수 있다. 이에 따라, 무선 충전 장치는 송신 코일들과 무선 충전 공간 내에 존재하는 수신 코일(802) 간의 기울기를 고려할 수 있다.8 may be a graph illustrating a change in efficiency according to a slope between the transmitting coil and the receiving
구체적으로, 도 8의 그래프를 살펴보면, 송신 코일들이 무선 충전 공간(106)의 바닥(801)에 배치되었다고 가정하고, 무선 충전 장치는 수신 코일(802)이 θ 각도로 기울어질 때, θ가 90도가 되는 영역에서 에너지 전송의 효율이 최저가 될 수 있다.Specifically, referring to the graph of FIG. 8, assuming that the transmitting coils are disposed at the bottom 801 of the
도 9는 일실시예에 따른 도 7에서 언급한 상쇄되는 자기장에 대한 효율 변화를 도시한 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating an efficiency change for the canceled magnetic field mentioned in FIG. 7 according to an embodiment.
도 9에 도시된 도면은 도 7에서 언급한 상쇄되는 자기장에 따른 에너지의 효율이 급감하는 경우를 나타내고 있다. 구체적으로, 본 발명은 무선 충전 공간 내에 수신 코일(905)의 각도를 다양하게 변화시키면서 에너지에 대한 수신 효율을 시뮬레이션 하였다. 이에 따라, 도 9의 도면을 살펴보면, 수신 코일(905)은 특정한 θ각(-45도)에서 null point 발생하는 것을 확인할 수 있다.9 illustrates a case where the efficiency of energy due to the canceled magnetic field mentioned in FIG. 7 decreases rapidly. Specifically, the present invention simulates the reception efficiency with respect to energy while varying the angle of the receiving
이러한 현상은 사각 구조의 모퉁이에서 공통으로 발생되는 현상으로써, 도 7의 도면에서 설명한 것과 같이 자기장 간에 상쇄가 발생함에 따른 문제점일 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 전원에서 공급되는 전류의 위상을 제어함으로써 자기장 간에 상쇄되는 문제점을 해결할 수 있다.This phenomenon is a phenomenon commonly occurring at the corners of the rectangular structure, and may be a problem due to the offset between magnetic fields as described in the drawing of FIG. 7. Accordingly, the present invention can solve the problem of canceling between the magnetic field by controlling the phase of the current supplied from the power source.
도 10은 일실시예에 따른 전원에서 공급되는 전류의 위상 변화에 따른 특성을 설명하기 위한 도면이다.10 is a diagram illustrating characteristics of a phase change of a current supplied from a power source, according to an exemplary embodiment.
도 10에 도시된 도면은, 실제적으로 도 9에서 송신 코일(902), (901)에 공급되는 전류의 위상이 90도 차이를 주었을 때의 기존에 null point가 생기는 것에 대한 효율 변화 특성을 보여주고 있다.FIG. 10 shows the efficiency change characteristics of the existing null point when the phases of the currents supplied to the transmitting coils 902 and 901 in FIG. 9 actually differ by 90 degrees. have.
이러한 효율 변화 특성은 기존에 θ각(-45도)에서 null point 값을 갖는 것이 송신 코일(902), (901)에 공급되는 전류의 위상을 송신 코일(903), (904)에 비해 주었을 때 효율이 개선됨을 확인할 수 있다. 이것은 cubic 구조로 에너지 존 즉 무선 충천 공간을 만들 경우 특정 위치, 특정 각에서 생기는 null point 값에 대한 문제를 송신 코일에 공급되는 전류의 위상에 변화를 줌으로 개선될 수 있음을 보여주는 것이다.This efficiency change characteristic is that when the conventional null point value at the θ angle (-45 degrees) gives the phase of the current supplied to the transmitting coils 902 and 901 as compared to the transmitting coils 903 and 904. It can be seen that the efficiency is improved. This shows that the energy zone, or wireless charging space, can be improved by changing the phase of the current supplied to the transmitting coil when the energy zone, or the wireless charging space, is created with the cubic structure.
결국, 도 3을 통해 언급한 바와 같이 본 발명은 송신 코일들(901, 902)과 송신 코일들(903, 904)은 In-Phase로 전류를 공급받을 때보다 90도의 위상차를 갖는 전류를 공급받을 때 전류의 값에 대한 최대값과 최소값 차가 적고, 무선 충전 공간 내에 보다 조밀한 균일장이 형성될 수 있다.As described with reference to FIG. 3, according to the present invention, the transmitting
도 11은 일실시예에 따른 전원에 포함되는 인버터를 이용하여 송신 코일들에서 형성되는 자기장의 위상을 제어하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 11 is a diagram for describing an operation of controlling a phase of magnetic fields formed in transmission coils by using an inverter included in a power source, according to an exemplary embodiment.
도 11을 참고하면, 무선 충전 장치는 하나의 인버터(1101)를 이용하여 두 개의 위상 신호를 갖는 전류를 송신 코일들(102, 103, 104, 105)로 공급할 수 있다. 그리고, 송신 코일(103, 105), 송신 코일(102, 104)는 인버터(1101)로부터 공급된 전류에 의해 서로 다른 전류의 위상 차를 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 11, the wireless charging device may supply current having two phase signals to the transmission coils 102, 103, 104, and 105 using one
구체적으로, 하나의 인버터(1101)에서는 두 개의 위상이 다른 신호를 포함하는 전류가 발생되며, 두 나온 각각의 신호를 포함하는 전류는 도시된 바와 같이 송신 코일(103, 105)이 같은 동위상으로 급전되며, 송신 코일(102, 104)는 또 다른 위상을 갖는 신호의 전류를 두 쌍으로 구현된 송신 코일들 간에 동위상으로 급전이 이루어지게 될 수 있다. 여기서, 본 발명은 송신 코일에 급전하는 방법에 있어, 송신 코일에 직접적으로 전류를 급전하는 직접급전법과 송신 코일에 간접적으로 전류를 급전하는 급전 코일을 추가하는 구조를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 한 쌍의 송신 코일과 서로 다른 한 쌍의 송신 코일 간에 동일한 위상 혹은 위상 차를 두어 전류가 급전될 수 있다.Specifically, in one
이때, 본 발명은 수신 코일(107)이 무선 충전 공간(106) 상에 어느 위치, 어느 각도에서 null point가 발생하는지를 파악하고, null point가 발생된 시점을 고려하여 인버터(1101)는 동위상으로 전류를 형성하여 송신 코일들(102, 103, 104, 105)에 급전할 수 있다.In this case, in the present invention, the
그리고, 본 발명은 동위상으로 형성된 전류를 송신 코일들(102, 103, 104, 105)에 급전함으로써, null point가 발생된 시점이 사라지게 될 수 있다. 즉, 본 발명은 null point가 발생된 시점으로 자기장이 전달됨에 따라 이로 인해 null point가 발생된 시점이 사라질 수 있다.In addition, according to the present invention, when a current formed in phase is supplied to the transmission coils 102, 103, 104, and 105, a time point at which a null point is generated may disappear. That is, according to the present invention, as the magnetic field is transmitted to the time point at which the null point is generated, the time point at which the null point is generated may disappear.
이때, 본 발명은 수신 코일이 2개 이상인 경우를 고려하여 송신 코일들(102, 103, 104, 105)의 숫자를 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 송신 코일들(102, 103, 104, 105)에서 형성되는 자기장을 좀더 조밀하게 정의하면, 복수 개로 존재하는 수신 코일에서의 null point 발생을 해결할 수 있다.In this case, the present invention may increase the number of the transmitting coils (102, 103, 104, 105) in consideration of the case of two or more receiving coils, through which the transmission coils (102, 103, 104, 105) If the magnetic field to be formed is more tightly defined, it is possible to solve the null point occurrence in the plurality of receiving coils.
또한, 본 발명은 수신 코일에서 형성된 공진 주기를 시분할하여 on/off 하는 방법을 이용하여도 복수 개로 존재하는 수신 코일에서의 null point 발생을 해결할 수 있다.In addition, the present invention can solve the generation of null points in the plurality of receiving coils even by using a method of time-dividing on / off the resonance period formed in the receiving coil.
도 12는 일실시예에 따른 3차원 형태의 무선 충전 공간을 이용한 무선 충전 장치에 대한 효용성을 평가한 결과를 설명하기 위한 도면이다.12 is a diagram for describing a result of evaluating the effectiveness of a wireless charging device using a wireless charging space having a three-dimensional shape, according to an exemplary embodiment.
도 12를 참고하면, 3차원 형태의 무선 충전 공간을 이용한 무선 충전 장치에 대한 효용성을 평가한 결과일 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 실제 30Χ30Χ30㎤의 cubic 구조를 갖는 무선 충전 공간에 대한 시제품을 만들어 앞에서 언급한 제안 기술이 효용성이 있는지를 시험적으로 평가한 것이다. 이를 위해, 제작된 송신 모듈은 300kHz 대역에서 동작할 수 있는 스위치 증폭기 구조인 인버터이며, 위상 차를 주기 위해 시제품은 두 개의 인버터를 이용하였다. 수신부는 full bridge 구조의 정류회로로 구성되어 있다.Referring to FIG. 12, this may be a result of evaluating the effectiveness of the wireless charging device using the wireless charging space having a three-dimensional shape. Specifically, the present invention is a prototype of a wireless charging space having a cubic structure of 30
본 발명은 실제 시스템을 평가하기 위해 측정은 DC to DC 효율로 평가가 이루어 졌다. 그리고, 송신 코일은 무선 충전 공간 내에 다양한 위치 중간왼쪽, 중간중앙, 중간오른쪽, 앞쪽 바닥, 중간 바닥 등에 배치시키고, 이에 따른 측정이 이루어졌으며, 각 위치에서는 수신 코일의 각도를 0도, 45도, 90도, 135도로 회전하면서 측정이 이루어졌다.In order to evaluate the actual system of the present invention, the measurement was made with DC to DC efficiency. In addition, the transmitting coil is placed in various positions such as middle left, middle center, middle right, front bottom, and middle bottom in the wireless charging space, and measurement is performed accordingly. In each position, the angle of the receiving coil is 0 degrees, 45 degrees, The measurement was made while rotating at 90 degrees and 135 degrees.
또한, 본 발명은 각 위치, 회전각에서 인버터를 0도, 90도, 180도로 천이하면서 측정이 이루어 졌다. 이에 따라, 도 12에서 보는 것과 같이 본 발명은 한 위치, 한 회전각에 대해 인버터를 0도, 90도, 180도로 변경하게 되면 최적의 효율을 얻을 수 있으며, 효율이 급격히 떨어지는 문제를 해결할 수 있음을 보여주고 있다.In addition, the present invention was measured while transitioning the
도 13은 일실시예에 따른 3차원 형태의 무선 충전 공간에 배치된 송신 코일들에서 형성되는 균일장의 크기를 비교한 도면이다.FIG. 13 is a diagram comparing sizes of uniform fields formed in transmission coils disposed in a wireless charging space having a three-dimensional shape, according to an exemplary embodiment.
도 13을 참고하면, 본 발명은 무선 충전 공간 내에 에너지의 밀도가 일정한 균일장하는 동작에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 이 때, 본 발명은 시뮬레이션을 수행하기 위하여 다음과 같은 조건을 갖는 환경을 조성할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 정육면체의 무선 충전 공간을 형성할 수 있다. 그리고, 본 발명은 정육면체의 무선 충전 공간을 구성하는 4개의 벽면에 송신 코일들은 배치할 수 있다. 그리고, 송신 코일들은 4개의 벽면에 배치된 위치에 따라 서로 마주보는 적어도 하나의 한 쌍의 송신 코일들로 구현될 수 있다. 즉, 도 13을 참고하면, 송신 코일 1과 송신 코일 2가 하나의 쌍으로 구현되고, 송신 코일 3과 송신 코일 4가 하나의 쌍으로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 13, the present invention simulates a uniformly expanding operation of a constant energy density within a wireless charging space. At this time, the present invention can create an environment having the following conditions to perform the simulation. Specifically, the present invention can form a wireless charging space of the cube. In the present invention, the transmitting coils may be disposed on four wall surfaces forming the wireless charging space of the cube. The transmitting coils may be implemented as at least one pair of transmitting coils facing each other according to positions disposed on four wall surfaces. That is, referring to FIG. 13, the
그리고, 본 발명은 서로 마주보는 한 쌍의 송신 코일(송신 코일 1과 송신 코일 2)에 동위상에 전류를 공급하고, 상기 송신 코일(송신 코일 1과 송신 코일 2)과 다른 서로 마주보는 한 쌍의 송신 코일(송신 코일 3과 송신 코일 4)간에 동위상 혹은 90도 위상을 갖는 전류를 공급하였을 때의 무선 충전 공간 상에 발생되는 균일장의 크기를 비교할 수 있다.In addition, the present invention supplies a current in phase to a pair of transmission coils (
결국, 본 발명은 서로 마주보는 두 쌍의 송신 코일(송신 코일 1과 송신 코일 2), (송신 코일 3과 송신 코일 4)들에 In-phase 피딩과 90도 위상천이 피딩 모두 동일하게 포터에 1A를 인가하도록 시뮬레이션 환경을 조성하였다. 그리고, 본 발명은 조성된 시뮬레이션 환경을 기반으로 1A가 인가된 두 쌍의 송신 코일(송신 코일 1과 송신 코일 2), (송신 코일 3과 송신 코일 4)들에 대응하여 도 13의 (a) 및 (b)에 따른 결과에 따른 균일장의 분포를 확인할 수 있다.As a result, the present invention is the same for both the in-phase feeding and the 90-degree phase shift feeding to two pairs of transmitting coils (transmitting
구체적으로, 도 13의 (a)의 도면은 서로 마주보는 두 쌍의 송신 코일(송신 코일 1과 송신 코일 2), (송신 코일 3과 송신 코일 4)들에 In-phase 피딩(feeding)에 따른 1A가 인가되고, 이로 따라 무선 충전 공간 내에 형성된 균일장의 분포를 나타낼 수 있다.Specifically, the diagram of FIG. 13A shows two pairs of transmission coils (
이 때, 위에서 언급한 바와 같이 송신 코일 1과 송신 코일 2에 공급되는 전류와 송신 코일 3과 송신 코일 4에 공급되는 전류는 1A가 인가될 수 있으며, 동일한 위상을 나타낼 수 있다. 다시 말해, 전원에 기 설정된 전류의 위상이 0도 인 경우, 본 발명은 송신 코일 1과 송신 코일 2, 송신 코일 3과 송신 코일 4에 동일한 위상 0을 갖는 전류를 공급할 수 있다. 즉, 본 발명은 송신 코일 1과 송신 코일 2 및 송신 코일 3과 송신 코일 4에 공급되는 전류에 대하여 동위상으로 급전할 수 있다.At this time, as described above, 1A may be applied to the current supplied to the
송신 코일 1 내지 송신 코일 4는 동일하게 공급된 동위상의 전류에 대응하여 무선 충전 공간 내에 균일장을 형성할 수 있다. 이 때, 무선 충전 공간 내 형성된 균일장은 동일한 전류의 위상에 따라 일정 각도의 방향으로 휘어진 형태로 무선 충전 공간 내에 조성될 수 있다.The transmitting coils 1 to 4 may form a uniform field in the wireless charging space in response to the same-phase current supplied in the same manner. In this case, the uniform field formed in the wireless charging space may be formed in the wireless charging space in a curved shape in a direction of an angle according to the phase of the same current.
반면, 도 13의 (b)의 도면은 서로 마주보는 두 쌍의 송신 코일(송신 코일 1과 송신 코일 2), (송신 코일 3과 송신 코일 4)들에 90도 위상천이 피딩(feeding)에 따른 1A가 인가됨에 따라 이로 인해 형성된 균일장의 분포를 나타낼 수 있다.On the other hand, the diagram of FIG. 13 (b) shows a 90 degree phase shift feeding of two pairs of transmission coils (
이 때, 위에서 언급한 바와 같이 송신 코일 1과 송신 코일 2에 공급되는 전류와 송신 코일 3과 송신 코일 4에 공급되는 전류는 1A가 인가될 수 있으며, 서로 다른 위상을 나타낼 수 있다. 다시 말해, 본 발명은 송신 코일 1과 송신 코일 2에 공급되는 전류의 위상은 0도, 송신 코일 3과 송신 코일 4에 공급되는 전류의 위상은 90도를 갖도록 제어할 수 있다. 그리고, 본 발명은 90도의 위상차를 갖는 송신 코일 1과 송신 코일 2, 송신 코일 3과 송신 코일 4는 무선 충전 공간 내에 에너지의 밀도가 일정한 균일장을 조성할 수 있다.At this time, as described above, 1A may be applied to the currents supplied to the
결국, 본 발명은 도 14에 도시된 바와 같이 송신 코일 1과 송신 코일 2, 송신 코일 3과 송신 코일 4에 대하여 In-Phase로 전류를 공급받을 때보다 90도의 위상차를 갖는 전류를 공급받을 때 전류의 값에 대한 최대값과 최소값 차가 적고, 무선 충전 공간 내에 보다 조밀한 균일장이 형성될 수 있다.As a result, according to the present invention, when the current having a phase difference of 90 degrees is supplied to the transmitting
도 13 내지 도 14에 의한 본 발명의 시뮬레이션에 따른 결과를 살펴보면, 두 쌍의 송신 코일(송신 코일 1과 송신 코일 2), (송신 코일 3과 송신 코일 4)들에 In-phase 피딩(feeding)은 0.000269A/m ~ 6.109A/m로 무선 충천 공간 내에 균일장이 분포될 수 있다. 그리고, 90도 위상천이를 수행한 두 쌍의 송신 코일(송신 코일 1과 송신 코일 2), (송신 코일 3과 송신 코일 4)들 경우는 0.64A/m ~ 4.52A/m로 무선 충전 공간 내에 균일장이 분포될 수 있다.Looking at the results according to the simulation of the present invention according to Figures 13 to 14, in-phase feeding to two pairs of transmission coils (
결국, 본 발명은 무선 충전 공간 내에 배치된 송신 코일들에 있어서, In-phase 피딩을 수행하는 것보다 한 쌍을 이루는 서로 다른 송신 코일 간(송신 코일 1과 송신 코일 2, 송신 코일 3과 송신 코일 4)에 공급되는 전류의 위상이 90도의 위상차를 가질 때, 최대의 충전 효과를 갖는 균일장을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명은 한 쌍을 이루는 서로 다른 송신 코일 간에 공급되는 전류의 위상을 90도로 천이하면 이에 따라 송신 코일에서 형성되는 자기장이 균일해질 수 있다.As a result, the present invention provides a method for transmitting coils disposed in a wireless charging space, between a pair of different transmitting coils (transmitting
무선 충전 공간 내에 보다 조밀한 균일장이 형성된다는 것은 무선 충전 공간 내에 존재하는 수신 코일의 위치 및 방향과 무관하게 일정한 크기의 전류 유도가 형성될 수 있는 충전 공간이 형성된다는 것을 의미할 수 있다.Forming a denser uniform field in the wireless charging space may mean that a charging space is formed in which a current induction of a predetermined magnitude may be formed regardless of the position and direction of the receiving coil existing in the wireless charging space.
도 15는 일실시예에 따른 무선 충전 장치가 수행하는 프로세서를 보여주기 위한 흐름도이다.15 is a flowchart illustrating a processor performed by a wireless charging apparatus according to an embodiment.
단계(1501)에서 무선 충전 장치는 복수의 송신 코일들 및 전원들이 무선 충전 공간에 배치된 상황에서 무선 충전 공간 내에 수신 코일이 존재하는지 여부를 감지할 수 있다. 이 때, 무선 충전 장치는 초기 대기 상태로 유지하고 있다가 수신 코일이 무선 충전 공간 상에 존재하는 경우, 이에 따른 충전 동작을 수행할 수 있다.In
단계(1502)에서 무선 충전 장치는 무선 충전 공간 내에 수신 코일이 감지된 경우, 전원에 기 설정된 전류를 복수의 송신 코일들에 공급함으로써, 무선 충전 공간 상에 균일장을 형성할 수 있다. 다시 말해, 무선 충전 장치는 초기 대기 상태로 유지하고 있는 인버터의 상태를 스위칭함으로써, 복수의 송신 코일들로 전류를 공급할 수 있다. 이 때, 인버터는 동일한 위상 또는 서로 다른 위상으로 설정된 전류를 복수의 송신 코일들로 공급할 수 있다. 여기서, 인버터는 초기 대기 상태에서 동작하는 경우, 동일한 위상으로 급전 모드로 동작하게 된다.In
단계(1503)에서 무선 충전 장치는 동일한 위상을 갖는 두 개의 신호를 포함하는 전류를 복수의 송신 코일들로 공급할 수 있다.In
단계(1505)에서 무선 충전 장치는 전류를 복수의 송신 코일들로 공급된 전류에 의해 수신 코일에서 형성되는 유도 전류의 값을 검출할 수 있다.In
검출된 유도 전류의 값이 낮은 경우, 무선 충전 장치는 피드백되어 인버터의 상태를 인버터 역상으로 위상을 바꾸어 급전할 수 있도록 스위칭할 수 있다. 다시 말해, 수신 코일에서 형성되는 유도 전류의 값을 바탕으로 송신 코일들로 공급하는 전류의 위상을 변화시킬 수 있다. 무선 충전 장치(101)는 전원에서 발생되는 전류에 대하여 기 설정된 전류의 위상을 유도 전류에 기초한 전류의 위상으로 변화시킬 수 있다. 서로 다른 위상으로 설정된 전류를 공급하는 경우, 단계(1504)에서 무선 충전 장치는 서로 다른 위상을 갖는 두 개의 신호를 포함하는 전류를 복수의 송신 코일들로 공급할 수 있다.When the value of the detected induced current is low, the wireless charging device may be fed back to switch the state of the inverter so that it can be fed by reversing the phase of the inverter in reverse phase. In other words, the phase of the current supplied to the transmitting coils may be changed based on the value of the induced current formed in the receiving coil. The
이후, 무선 충전 장치는 위상이 변경된 전류에 의해 송신 코일들에서 형성되는 균일장에 의해 수신 코일에 유도된 유도 전류를 재 검출할 수 있다.Thereafter, the wireless charging device may redetect the induced current induced in the receiving coil by the uniform field formed in the transmitting coils by the phase changed current.
검출된 유도 전류의 갑이 정상인 경우, 단계(1506)에서 무선 충전 장치는 인버터 위상 상태를 유지할 수 있다.If the detected value of induced current is normal, the wireless charging device may maintain the inverter phase state at
단계(1507)에서 무선 충전 장치는 유지되는 인버터에서 공급되는 전류의 위상에 대응하여 수신 코일로 에너지가 전송될 수 있으며, 이를 통해 수신 코일의 충전을 완료하게 된다.In
결국, 본 발명은 3차원 공간 무선충전을 하게 되면 특정 공간, 위치, 회전각에 놓여있는 수신 코일에 대해 수시로 수신 전력(유도 전류)을 파악하여 지속적으로 수신 코일이 에너지를 정상 수신할 수 있도록 환경을 조성할 수 있다.As a result, the present invention, when the three-dimensional space wireless charging to determine the receiving power (induction current) from time to time for the receiving coil placed in a specific space, position, rotation angle environment so that the receiving coil can receive energy normally Can be formulated.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.Methods according to an embodiment of the present invention can be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
101: 무선 충전 장치
102 내지 105: 송신 코일
106: 3차원 형태의 무선 충전 공간
107: 수신 코일 -수신 코일은 전자 기기에 포함되는 형태-
108 및 109: 전원101: wireless charging device
102 to 105: transmission coil
106: three-dimensional wireless charging space
107: Receive coil, a form in which the receiving coil is included in the electronic device
108 and 109: power
Claims (20)
상기 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍에 전류를 공급하는 적어도 하나의 전원
상기 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍에 공급되는 전류의 위상을 제어하는 인버터 (Inverter)
를 포함하고,
상기 제1 송신 코일쌍을 이루는 2개의 송신 코일 및 제2 송신 코일쌍을 이루는 2개의 송신 코일은,
상기 무선 충전 공간 내에서 동일한 송신 코일쌍에 대해 서로 마주보도록 배치되고,
상기 제1 송신 코일쌍을 이루는 2개의 송신 코일 및 제2 송신 코일쌍을 이루는 2개의 송신 코일은 상기 무선 충전 공간 내에서 균일장을 형성하도록 동일한 송신 코일쌍에 대해 동일한 위상으로 전류가 공급되고,
상기 제1 송신 코일쌍을 이루는 2개의 송신 코일에 공급되는 전류는 제2 송신 코일쌍을 이루는 2개의 송신 코일에 공급되는 전류와 90도의 위상차를 나타내고,
무선 충전 장치는, 상기 3차원 형태의 무선 충전 공간 내에 배치된 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍과의 결합을 통해 상기 수신 코일에 유도 전류가 형성되는 방향을 나타내는 수신 코일의 방향을 판단하고,
상기 수신 코일의 방향은, 무선 충전 공간 내에 존재하는 수신 코일의 위치에 따른 방향으로 판단되며,
상기 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍은, 수신 코일의 방향과 동일한 방향으로 균일장을 형성하며,
상기 인버터는,
상기 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍과 상기 무선 충전 공간 내에 존재하는 수신 코일 간의 기울기 또는 상기 무선 충전 공간 내에 존재하는 수신 코일의 위치에 따라 수신 코일에 생성된 유도 전력이 미리 설정된 값보다 낮은 경우 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍에 공급되는 전류의 위상을 변경하도록 제어하는 무선 충전 장치.A first transmission coil pair and a second transmission coil pair disposed in the three-dimensional wireless charging space; And
At least one power supply for supplying current to the first transmission coil pair and the second transmission coil pair
Inverter for controlling the phase of the current supplied to the first transmission coil pair and the second transmission coil pair
Including,
Two transmission coils constituting the first transmission coil pair and two transmission coils constituting the second transmission coil pair,
Arranged to face each other for the same transmission coil pair in the wireless charging space,
Two transmission coils constituting the first transmission coil pair and two transmission coils constituting the second transmission coil pair are supplied with current in the same phase with respect to the same transmission coil pair to form a uniform field in the wireless charging space,
The current supplied to the two transmission coils constituting the first transmission coil pair represents a phase difference of 90 degrees with the current supplied to the two transmission coils constituting the second transmission coil pair,
The wireless charging device determines a direction of a receiving coil indicating a direction in which an induced current is formed in the receiving coil through coupling with a first transmitting coil pair and a second transmitting coil pair disposed in the three-dimensional wireless charging space. and,
The direction of the receiving coil is determined as a direction according to the position of the receiving coil existing in the wireless charging space,
The first transmitting coil pair and the second transmitting coil pair form a uniform field in the same direction as the direction of the receiving coil,
The inverter,
The induced power generated in the receiving coil is greater than a preset value according to the slope between the first transmitting coil pair and the second transmitting coil pair and the receiving coil existing in the wireless charging space or the position of the receiving coil existing in the wireless charging space. Wireless charging device that controls to change the phase of the current supplied to the first transmission coil pair and the second transmission coil pair when low.
상기 송신 코일들의 사이즈를 줄이거나 또는 상기 송신 코일들의 공진 주파수를 낮추는 적어도 하나의 커패시터(Capacitor)
를 더 포함하는 무선 충전 장치.The method of claim 1,
At least one capacitor reducing the size of the transmitting coils or lowering the resonant frequency of the transmitting coils
Wireless charging device further comprising.
상기 적어도 하나의 커패시터는,
상기 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍과 적어도 하나의 전원 사이에 위치하는 무선 충전 장치.The method of claim 7, wherein
The at least one capacitor,
The wireless charging device located between the first transmission coil pair and the second transmission coil pair and at least one power source.
무선 충전 공간 내에 존재하는 전자 기기의 수신 코일에서 형성되는 유도 전류를 감지하는 통신기
를 더 포함하는 무선 충전 장치.The method of claim 1,
Communication device for sensing the induced current formed in the receiving coil of the electronic device present in the wireless charging space
Wireless charging device further comprising.
상기 인버터는,
상기 통신기를 통해 감지된 유도 전류에 기초하여 상기 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍에 공급되기 위해 초기에 설정된 전류의 위상을 제어하는 무선 충전 장치.The method of claim 12,
The inverter,
And wirelessly control a phase of a current initially set to be supplied to the first transmission coil pair and the second transmission coil pair based on the induced current sensed through the communicator.
상기 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍에 공급되는 전류의 위상을 제어하는 인버터(Inverter)를 포함하는 전원;
상기 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍들의 사이즈를 줄이거나 또는 상기 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍들의 공진 주파수를 낮추는 적어도 하나의 커패시터
무선 충전 공간 내에 존재하는 전자 기기의 수신 코일에서 형성되는 유도 전류를 감지하는 통신기
를 포함하고,
상기 제1 송신 코일쌍을 이루는 2개의 송신 코일 및 제2 송신 코일쌍을 이루는 2개의 송신 코일은, 상기 무선 충전 공간 내에서 동일한 송신 코일쌍에 대해 서로 마주보도록 배치되고,
상기 제1 송신 코일쌍을 이루는 2개의 송신 코일 및 제2 송신 코일쌍을 이루는 2개의 송신 코일은 상기 무선 충전 공간 내에서 균일장을 형성하도록 동일한 송신 코일쌍에 대해 동일한 위상으로 전류가 공급되고,
상기 제1 송신 코일쌍을 이루는 2개의 송신 코일에 공급되는 전류는 제2 송신 코일쌍을 이루는 2개의 송신 코일에 공급되는 전류와 90도의 위상차를 나타내고,
무선 충전 장치는, 상기 3차원 형태의 무선 충전 공간 내에 배치된 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍과의 결합을 통해 상기 수신 코일에 유도 전류가 형성되는 방향을 나타내는 수신 코일의 방향을 판단하고,
상기 수신 코일의 방향은, 무선 충전 공간 내에 존재하는 수신 코일의 위치에 따른 방향으로 판단되며,
상기 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍은, 상기 수신 코일의 방향과 동일한 방향으로 균일장을 형성하며,
상기 인버터는,
상기 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍과 상기 무선 충전 공간 내에 존재하는 수신 코일 간의 기울기 또는 상기 무선 충전 공간 내에 존재하는 수신 코일의 위치에 따라 수신 코일에 생성된 유도 전력이 미리 설정된 값보다 낮은 경우 제1 송신 코일쌍 및 제2 송신 코일쌍에 공급되는 전류의 위상을 변경하도록 제어하는 무선 충전 장치.A first transmission coil pair and a second transmission coil pair disposed to face each other in the three-dimensional wireless charging space;
A power supply including an inverter controlling an phase of a current supplied to the first transmission coil pair and the second transmission coil pair;
At least one capacitor that reduces the size of the first transmission coil pair and the second transmission coil pair or lowers the resonant frequency of the first transmission coil pair and the second transmission coil pair
Communication device for sensing the induced current formed in the receiving coil of the electronic device present in the wireless charging space
Including,
Two transmission coils constituting the first transmission coil pair and two transmission coils constituting the second transmission coil pair are arranged to face each other for the same transmission coil pair in the wireless charging space,
Two transmission coils constituting the first transmission coil pair and two transmission coils constituting the second transmission coil pair are supplied with current in the same phase with respect to the same transmission coil pair to form a uniform field in the wireless charging space,
The current supplied to the two transmission coils constituting the first transmission coil pair represents a phase difference of 90 degrees with the current supplied to the two transmission coils constituting the second transmission coil pair,
The wireless charging device determines a direction of a receiving coil indicating a direction in which an induced current is formed in the receiving coil through coupling with a first transmitting coil pair and a second transmitting coil pair disposed in the three-dimensional wireless charging space. and,
The direction of the receiving coil is determined as a direction according to the position of the receiving coil existing in the wireless charging space,
The first transmitting coil pair and the second transmitting coil pair form a uniform field in the same direction as the direction of the receiving coil,
The inverter,
The induced power generated in the receiving coil is greater than a preset value according to the slope between the first transmitting coil pair and the second transmitting coil pair and the receiving coil existing in the wireless charging space or the position of the receiving coil existing in the wireless charging space. Wireless charging device that controls to change the phase of the current supplied to the first transmission coil pair and the second transmission coil pair when low.
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