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KR20110109703A - 차폐 필름을 구비하는 무선 전력 수신 장치 - Google Patents

차폐 필름을 구비하는 무선 전력 수신 장치 Download PDF

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KR20110109703A
KR20110109703A KR1020100029548A KR20100029548A KR20110109703A KR 20110109703 A KR20110109703 A KR 20110109703A KR 1020100029548 A KR1020100029548 A KR 1020100029548A KR 20100029548 A KR20100029548 A KR 20100029548A KR 20110109703 A KR20110109703 A KR 20110109703A
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power
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박은석
권상욱
홍영택
김남윤
박윤권
김동조
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Abstract

무선 전력 수신을 위한 공진기를 구비하는 배터리 팩이 제공된다.
배터리 팩의 배터리와 공진기 사이에는 와상 전류에 의해 생성되는 마그네틱 필드를 차폐하기 위한 필름이 삽입된다.

Description

차폐 필름을 구비하는 무선 전력 수신 장치{WIRELESS POWER RECEIVING APPARATUS WITH SHIELDING FILM}
기술분야는, 무선 전력 수신을 위한 공진기를 구비하는 무선 전력 수신 장치에 관한 것이다.
휴대용 전자제품의 특성 상, 해당 휴대용 전자제품의 배터리 성능이 중요한 문제로 대두되고 있다. 휴대용 전자제품뿐 아니라 생활가전제품에서 데이터를 무선으로 전송하는 기능이 제공되고 있으나, 전력(power)은 전력선(power line)을 통하여 제공 받는 것이 일반적이다.
한편, 무선 전력 전송 기술(Wireless Power Transmission) 중 공진기를 이용하여 디바이스 또는 디바이스의 배터리에게 무선으로 전력을 공급하는 기술이 있다. 무선 전력 전송 기술은 디바이스에 공진기를 삽입하여 전력을 공급할 수 있다. 그러나, 디바이스에 공진기를 삽입하는 경우, 디바이스의 배터리 및 디바이스에 사용된 도체에 의해 와상 전류(Eddy Current)가 유기된다. 유기된 와상 전류에 의해 무선 전력 전송 효율은 감소하며, 경우에 따라 디바이스 또는 디바이스 소자의 기능이 손상되는 경우가 발생한다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 수신을 위한 공진기와, 상기 공진기에 의해 수신되는 전력에 의하여 전원을 충전하는 배터리와, 상기 전원이 충전되는 동안, 와상 전류(Eddy Current)에 의해 발생하는 마그네틱 필드를 차폐하는 필름을 포함하는 무선 전력 수신 장치가 제공된다.
상기 필름은 상기 공진기와 상기 배터리 사이에 구비되며, 상기 필름의 크기는 상기 배터리보다 크다.
또는, 상기 필름은 디바이스의 후면 커버와 접촉하도록 구비되고, 상기 공진기와 상기 배터리 사이에 구비되며, 상기 필름의 크기는 상기 공진기보다 크다.
또는, 상기 필름은 상기 공진기의 마그네틱 필드를 받는 면을 제외한 모든 면을 커버하도록 상기 공진기와 상기 배터리 사이에 구비되며, 상기 필름의 크기는 상기 배터리보다 크다.
상기 필름에 의해 상기 공진기의 공진 주파수가 변경되면, 상기 공진기의 커패시턴스 및 인덕턴스 중 적어도 하나를 조정하여 상기 변경된 공진 주파수를 보정한다.
상기 공진기는, 박막 형태의 공진기를 병렬형태로 배치한 3-D 형태의 공진기일 수 있다.
무선 전력 수신을 위한 공진기가 구비되는 무선전력 수신 장치는 공진기와 배터리 사이에 차폐 필름을 삽입함으로써, 와상 전류로 인해 전력 전송 효율이 감소하는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 무선 전력 수신장치는 필름을 이용하여 화상 전류에 의한 마그네틱 필드를 차폐시키므로, 와상 전류에 의해 디바이스의 소자의 성능이 저하되거나 손상되는 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 무선 전력 전송 장치로부터 타겟 장치로 전력을 무선 전송하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 무선 전력 수신을 위한 공진기를 구비하는 배터리 팩의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 디바이스에 구비된 배터리 팩의 다른 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 디바이스에 구비된 배터리 팩의 다른 구조를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 제안되는 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
무선전력 전송기술(Wireless Power Transmission Technology)은 무선으로 에너지를 전력원으로부터 디바이스로 전송하는 기술이다. 전송거리는 수 mm의 근거리뿐만 아니라, 수 m 정도의 mid-range 전송이 가능하다.
도 1은 무선 전력 전송 장치로부터 타겟 장치로 전력을 무선 전송하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 장치(110)는 타겟 장치(120)에게 전력을 무선으로 전송한다. 무선 전력 전송 장치(110)는 전원 공진기(source resonator)(111)를 포함하며, 타겟 장치(120)는 대상 공진기(target resonator)(121)를 포함한다. 무선 전력 전송 장치(110)는 타겟 장치(120)에 모듈의 형태로 삽입되도록 구현될 수 있다. 타겟 장치(120)는 휴대용 단말기, 비휴대용 단말기 등 모든 디바이스가 될 수 있다.
기존에는 무선 전력 전송 장치(100)가 모듈 형태로 타겟 장치(120) 내에 구비되어 있는 경우, 배터리를 독립적으로 무선 충전 하는 것은 불가능하다. 즉, 기존에는 디바이스에 무선 전력 전송을 위한 공진기가 구비된 경우, 배터리만을 따로 분리하여 무선 충전할 수 없게 된다. 또한, 배터리와 공진기를 일체화 시키는 경우, 공진기의 특성 변화가 발생할 수 있다. 하기에서는, 배터리 자체만으로도 무선 충전이 가능하고, 특성 변화가 없는 공진기의 구조 및 배터리 팩에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 무선 전력 수신을 위한 공진기를 구비하는 배터리 팩의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리 팩(200)은 디바이스 내에 구비되며, 공진기(210), 필름(220) 및 배터리(230)를 포함한다.
공진기(210)는 무선 전력을 위한 공진 주파수를 소스 공진기와 동기화하고, 공진 주파수가 동기화되면 소스로부터 무선 전력을 수신한다. 공진기(210)는 소스로부터 수신된 전력을 배터리(230)로 제공할 수 있다. 이때, 공진 주파수는 높은 투과성(Permeability)을 가지며 저 손실(Low Loss) 특성을 갖는 필름을 사용하기 위하여, 20MHz 이하의 주파수가 사용될 수 있다.
여기서, 타겟 공진기로 동작하는 공진기(210)는 공명 특성을 이용하여 소스 공진기(미 도시 함)로부터 공진 전력을 수신할 수 있다. 즉, 타겟 공진기(210)와 소스 공진기가 동일한 주파수로 공진하면, 감쇄파 결합(evanescent wave coupling)에 의하여 마그네틱 필드 기반의 에너지 전송이 가능하다. 이때, 에너지는 무선 전력 또는 공진 전력에 해당한다.
필름(220)은 배터리(230)에 전원이 충전되는 동안, 와상 전류(Eddy Current)에 의해 발생하는 마그네틱 필드를 차폐한다. 필름(220)은 와상 전류에 의해 발생하는 문제를 최소화하기 위하여, 높은 투과성(Permeability)을 가지며 저 손실(Low Loss) 특성을 갖는 필름이 사용될 수 있다.
또한, 필름(220)에 의해 공진기(210)의 공진 주파수가 변경되면, 공진기(210)에 사용되는 커패시터의 커패시턴스 및 인덕터의 인덕턴스 중 적어도 하나를 조정하여, 변경된 공진 주파수를 보정할 수 있다. 예를 들어, 공진 주파수가 작아지면, 커패시턴스나 인덕턴스를 감소시켜 공진 주파수를 보정할 수 있다. 인덕턴스를 조정하여 공진기(210)의 크기가 변경되는 경우에는 커패시턴스만을 조정할 수 있다.
이로써, 디바이스에 공진기(210)를 삽입하는 경우 배터리 팩(200)이 구비되는 디바이스에 사용된 도체 또는 배터리(230)에 의해 유기되는 와상 전류로 인한 전력 전송 감소를 최소화할 수 있다. 즉, 와상 전류에 의해 발생하는 마그네틱 필드가 전력 전송에 사용되는 메인 마그네틱 필드를 상쇄시키는 문제를 최소화할 수 있다. 또한, 와상 전류에 의해 디바이스에는 불필요한 전류가 발생하며, 이 전류에 의해 디바이스에 사용된 소자의 성능이 저하되거나 손상되는 문제를 방지할 수 있다. 이러한 특성 또는 효과는 후술할 도 3 및 도 4의 배터리 팩에 대해서도 동일하게 적용된다.
배터리(230)는 공진기(210)로부터 전력을 수신하여 충전에 필요한 에너지를 생성한 후 전원을 충전할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 필름(220)은 공진기(210)와 배터리(230) 사이에 구비되며, 필름(220)의 크기는 필름(220)의 차폐효율을 극대화하기 위하여 배터리(230)보다 크다. 또는, 필름(220)은 공진기(210)와 배터리(230) 사이에 구비되며, 따라서, 필름(220)의 상면과 배터리(230)의 하면이 대향할 수 있다. 이 때, 필름(220)의 상면 면적은 배터리(230)의 하면 면적보다 크다. 예를 들어, 필름(220)의 크기 또는 면적은 배터리(230)보다 대략 4~5% 크거나 또는 5% 이상 클 수 있으며, 이러한 수치는 일 예로서 이에 한정되지 않을 수 있다.
도 3은 디바이스에 구비된 배터리 팩의 다른 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 디바이스(300) 내에는 복수의 회로 보드(340)와 배터리 팩이 마련되며, 복수의 회로 보드(340)와 배터리 팩은 하우징 또는 본체(350)에 의해 외부 충격으로부터 보호된다. 복수의 회로 보드(340)는 디바이스(300)의 동작을 구현하기 위하여 사용되며, 서로 동일하거나 또는 서로 다른 기능을 제공할 수 있다.
배터리 팩은 복수의 회로 보드(340) 사이에 위치하며, 디바이스(300)의 후면 커버(360)와 접촉하도록 구비될 수 있다. 배터리 팩은 공진기(310), 필름(320) 및 배터리(330)를 포함한다.
공진기(310)는 무선 전력을 위한 공진 주파수를 동기화하고, 공진 주파수가 동기화되면 소스로부터 무선 전력을 수신할 수 있다.
필름(320)은 배터리(330)에 전원이 충전되는 동안, 와상 전류(Eddy Current)에 의해 발생하는 마그네틱 필드를 차폐한다. 필름(320)은 와상 전류에 의해 발생하는 문제를 최소화하기 위하여, 높은 투과성을 가지며 저 손실 특성을 갖는 필름이 사용될 수 있다.
또한, 필름(320)에 의해 공진기(310)의 공진 주파수가 변경되면, 공진기(310)에 사용되는 커패시터의 커패시턴스 및 인덕터의 인덕턴스 중 적어도 하나를 조정하여, 변경된 공진 주파수를 보정할 수 있다.
배터리(330)는 공진기(310)로부터 전력을 수신하여 충전에 필요한 에너지를 생성한 후 전원을 충전할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 필름(320)은 공진기(310)와 배터리(330) 사이에 구비되며, 필름(320)의 크기는 필름(320)의 차폐효율을 극대화하기 위하여 배터리(330)보다 크다. 또는, 필름(320)은 공진기(310)와 배터리(330) 사이에 구비되며, 따라서, 필름(320)의 상면과 배터리(330)의 하면이 대향할 수 있다. 이 때, 필름(320)의 하면 면적은 공진기(310)의 상면 면적보다 크다. 예를 들어, 필름(320)의 크기 또는 면적은 공진기(310)보다 대략 4~5% 크거나 또는 5% 이상 클 수 있으며, 이러한 수치는 일 예로서 이에 한정되지 않을 수 있다.
도 4는 디바이스에 구비된 배터리 팩의 다른 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 디바이스(400) 내에는 복수의 회로 보드(440)와 배터리 팩이 마련되며, 복수의 회로 보드(440)와 배터리 팩은 하우징 또는 본체(450)에 의해 외부 충격으로부터 보호된다. 복수의 회로 보드(440)는 디바이스(400)의 동작을 구현하기 위하여 사용된다.
배터리 팩은 디바이스(400)의 내부에 구비되며, 공진기(410), 필름(420) 및 배터리(430)를 포함한다.
공진기(410)는 무선 전력을 위한 공진 주파수를 동기화하고, 공진 주파수가 동기화되면 소스로부터 무선 전력을 수신할 수 있다.
필름(420)은 배터리(430)에 전원이 충전되는 동안, 와상 전류에 의해 발생하는 마그네틱 필드를 차폐한다. 필름(420)은 와상 전류에 의해 발생하는 문제를 최소화하기 위하여, 높은 투과성을 가지며 저 손실 특성을 갖는 필름이 사용될 수 있다.
또한, 필름(420)에 의해 공진기(410)의 공진 주파수가 변경되면, 공진기(410)에 사용되는 커패시터의 커패시턴스 및 인덕터의 인덕턴스 중 적어도 하나를 조정하여, 변경된 공진 주파수를 보정할 수 있다.
배터리(430)는 공진기(410)로부터 전력을 수신하여 충전에 필요한 에너지를 생성한 후 전원을 충전할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 공진기(410)가 디바이스(400)의 내부에 구비되는 경우, 필름(420)은 공진기(410)의 마그네틱 필드를 받는 면을 제외한 모든 면을 커버하도록 공진기(410)와 배터리(430) 사이에 구비된다. 또한, 필름(420)의 크기는 필름(420)의 차폐효율을 극대화하기 위하여 배터리(430)보다 크다. 예를 들어, 필름(420)의 크기 또는 면적은 공진기(410)보다 대략 4~5% 크거나 또는 5% 이상 클 수 있으며, 이러한 수치는 일 예로서 이에 한정되지 않을 수 있다.
한편, 상술한 공진기(210, 310, 410) 중 적어도 하나는 일 예로, 복수의 박막형 공진기를 병렬 형태로 배치한 3-D 형태의 공진기일 수 있다. 복수의 박막형 공진기를 병렬로 배치하면, 공진기(210)의 전송 효율 및 전송 거리를 증가 시킬 수 있다. 또한, 공진 주파수는 높은 투과성(Permeability)을 가지며 저 손실(Low Loss) 특성을 갖는 필름을 사용하기 위하여, 20MHz 이하의 주파수가 사용될 수 있다.
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.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
200: 배터리 팩 210, 310, 410: 공진기
220, 320, 420: 필름 230, 330, 430: 배터리
300, 400: 디바이스

Claims (6)

  1. 무선 전력 수신을 위한 공진기;
    상기 공진기에 의해 수신되는 전력에 의하여 전원을 충전하는 배터리; 및
    상기 전원이 충전되는 동안, 와상 전류(Eddy Current)에 의해 발생하는 마그네틱 필드를 차폐하는 필름
    을 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필름은 상기 공진기와 상기 배터리 사이에 구비되며, 상기 필름의 크기는 상기 배터리보다 큰, 무선 전력 수신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필름은 디바이스의 후면 커버와 접촉하도록 구비되고, 상기 공진기와 상기 배터리 사이에 구비되며, 상기 필름의 크기는 상기 공진기보다 큰, 무선 전력 수신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필름은 상기 공진기의 마그네틱 필드를 받는 면을 제외한 모든 면을 커버하도록 상기 공진기와 상기 배터리 사이에 구비되며, 상기 필름의 크기는 상기 배터리보다 큰, 무선 전력 수신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 필름에 의해 상기 공진기의 공진 주파수가 변경되면, 상기 공진기의 커패시턴스 및 인덕턴스 중 적어도 하나를 조정하여 상기 변경된 공진 주파수를 보정하는 무선 전력 수신 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공진기는, 박막 형태의 공진기를 병렬형태로 배치한 3-D 형태의 공진기인, 무선 전력 수신 장치.
KR1020100029548A 2010-03-31 2010-03-31 차폐 필름을 구비하는 무선 전력 수신 장치 KR20110109703A (ko)

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