KR20140076993A

KR20140076993A - 무선 전력 장치

Info

Publication number: KR20140076993A
Application number: KR20120145644A
Authority: KR
Inventors: 임성현
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-06-23
Also published as: US20150303705A1; WO2014092405A1; US9979232B2

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 장치는 무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 코일을 포함하고, 상기 코일은 미앤더 패턴을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 전력 장치{WIRELESS POWER DEVICE}

본 발명은 무선전력 전송 기술에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 무선으로 전력을 송신 또는 수신할 수 있는 무선 전력 장치에 관한 것이다.

무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도 되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 전자기 유도는 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상을 말한다. 전자기 유도 방식은 소형 기기를 중심으로 상용화가 빠르게 진행되고 있으나, 전력의 전송 거리가 짧은 문제가 있다.

현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 전자기 유도 이외에 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.

최근에는 이와 같은 무선 전력 전송 기술 중 전자기 유도 및 공진을 이용한 에너지 전달 방식이 많이 사용되고 있다.

그러나, 종래의 전자기 유도 및 공진을 이용한 에너지 전달 방식에서 사용되는 코일은 일반적으로 스파이럴 또는 헬리컬 구조 가져, 전력 전송 효율을 높이는데 한계가 있다.

이와 관련한 선행기술문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2012-0116799호가 있다.

본 발명은 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있는 무선 전력 장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 코일은 제1 코일과 상기 제1 코일에 병렬 연결된 제2 코일을 포함할 수 있다.

상기 코일은 상기 제1 코일과 상기 제2 코일이 병렬로 연결된 제1 병렬 코일 및 상기 제1 병렬 코일의 구조와 동일한 구조를 갖고, 상기 제1 병렬 코일의 일 측에 배치된 제2 병렬 코일을 포함할 수 있다.

상기 코일은 상기 미앤더 패턴을 갖는 코일에 흐르는 전류에 의해 수평 방향의 자기장을 발생시킬 수 있다.

상기 코일은 상기 미앤더 패턴에 흐르는 전류에 의해 상기 제1 코일과 상기 제2 코일 사이에 수평 방향의 자기장을 발생시킬 수 있다.

상기 코일은 제1 코일과 상기 제1 코일에 직렬 연결된 제2 코일을 포함할 수 있다.

상기 무선 전력 장치는 상기 코일과 연결되고, 공진 주파수를 조절하기 위한 커패시터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 미앤더 패턴을 갖는 코일의 구조를 통해 코일의 저항 성분을 감소시켜 양호도를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 미앤더 패턴을 갖는 코일의 구조를 통해 일정 부분에 자기장의 세기를 집중시켜 전력 전송 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 송신 유도 코일(210)의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 전력 공급 장치(100)와 무선전력 송신장치(200)의 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선전력 수신장치(300)의 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치에 흐르는 전류에 따라 발생하는 자기장의 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 주변에서 형성되는 자기장의 분포를 평면에서 보여주는 H-Field이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 주변에서 형성되는 자기장의 분포를 정면에서 보여주는 H-Field이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 실시 예에 따른 무선 전력 장치에 흐르는 전류에 따라 발생하는 자기장의 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 주변에서 형성되는 자기장의 분포를 평면에서 보여주는 H-Field이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 주변에서 형성되는 자기장의 분포를 정면에서 보여주는 H-Field이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 구성을 보여주기 위한 도면이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참고하면, 무선전력 전송 시스템은 전력 공급 장치(100), 무선전력 송신장치(200), 무선전력 수신장치(300), 부하(400)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서 전력 공급 장치(100)는 무선전력 송신장치(200)에 포함될 수 있다.

무선전력 송신장치(200)는 송신 유도 코일(210) 및 송신 공진 코일(220)을 포함할 수 있다.

무선전력 수신장치(300)는 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320), 정류부(330)를 포함할 수 있다.

전력 공급 장치(100)의 양단은 송신 유도 코일(210)의 양단과 연결된다.

송신 공진 코일(220)은 송신 유도 코일(210)과 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.

수신 공진 코일(310)은 수신 유도 코일(320)과 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.

수신 유도 코일(320)의 양단은 정류부(330)의 양단과 연결되고, 부하(400)는 정류부(330)의 양단에 연결된다. 일 실시 예에서 부하(400)는 무선전력 수신장치(300)에 포함될 수 있다.

전력 공급 장치(100)에서 생성된 전력은 무선전력 송신장치(200)로 전달되고, 무선전력 송신장치(200)로 전달된 전력은 공진 현상에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진을 이루는 즉, 공진 주파수 값이 동일한 무선전력 수신장치(300)로 전달된다.

이하에서는 보다 구체적으로 전력전송 과정을 설명한다.

전력 공급 장치(100)는 소정 주파수를 갖는 교류 전력을 생성하여 무선전력 송신장치(200)에 전달한다.

송신 유도 코일(210)과 송신 공진 코일(220)은 유도 결합되어 있다. 즉, 송신 유도 코일(210)는 전력 공급 장치(100)로부터 공급받은 전력에 의해 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격 되어 있는 송신 공진 코일(220)에도 교류 전류가 유도된다.

그 후, 송신 공진 코일(220)로 전달된 전력은 공진에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진 회로를 이루는 무선전력 수신장치(300)로 전달된다.

임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로 사이는 공진에 의해 전력이 전송될 수 있다. 이와 같은 공진에 의한 전력 전송은 전자기 유도에 의한 전력 전송보다 더 먼 거리까지 더 높은 효율로 전력 전달이 가능하게 한다.

수신 공진 코일(310)은 송신 공진 코일(220)로부터 공진에 의해 전력을 수신한다. 수신된 전력으로 인해 수신 공진 코일(310)에는 교류 전류가 흐른다. 수신 공진 코일(310)로 전달된 전력은 전자기 유도에 의해 수신 공진 코일(310)과 유도 결합된 수신 유도 코일(320)로 전달된다. 수신 유도 코일(320)로 전달된 전력은 정류부(330)를 통해 정류되어 부하(400)로 전달된다.

일 실시 예에서 송신 유도 코일(210), 송신 공진 코일(220), 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320)은 원형, 타원형, 사각형 등과 같은 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.

무선전력 송신장치(200)의 송신 공진 코일(220)은 자기장을 통해 무선전력 수신장치(300)의 수신 공진 코일(310)에 전력을 전송할 수 있다.

구체적으로, 송신 공진 코일(220)과 수신 공진 코일(310)은 공진 주파수에서 동작하도록 공진 결합되어 있다.

송신 공진 코일(220)과 수신 공진 코일(310)의 공진 결합으로 인해, 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300)간 전력 전송 효율은 크게 향상될 수 있다.

일 실시 예에서 무선 전력 전송 시스템이 전자기 유도를 기반으로 전력 전송을 수행하는 경우, 무선전력 송신장치(200)는 송신 공진 코일(220)을 포함하지 않고, 무선전력 수신장치(300)는 수신 공진 코일(310)을 포함하지 않는다.

무선전력 전송에서 품질 지수(Quality Factor)와 결합계수(Coupling Coefficient)는 중요한 의미를 갖는다. 즉, 전력 전송 효율은 품질 지수 및 결합계수가 큰 값을 가질수록 향상될 수 있다.

품질 지수(Quality Factor)는 무선전력 송신장치(200) 또는 무선전력 수신장치(300) 부근에 축척할 수 있는 에너지의 지표를 의미할 수 있다.

품질 지수(Quality Factor)는 동작 주파수(w), 코일의 형상, 치수, 소재 등에 따라 달라질 수 있다. 품질 지수는 수식으로 Q=w*L/R 와 같이 표현될 수 있다. L은 코일의 인덕턴스이고, R은 코일자체에서 발생하는 전력손실량에 해당하는 저항을 의미한다.

품질 지수(Quality Factor)는 0에서 무한대의 값을 가질 수 있고, 품질지수가 클수록 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300)간 전력 전송 효율이 향상될 수 있다.

결합계수(Coupling Coefficient)는 송신 측 코일과 수신 측 코일 간 자기적 결합의 정도를 의미하는 것으로 0에서 1의 범위를 갖는다.

결합계수(Coupling Coefficient)는 송신 측 코일과 수신 측 코일의 상대적인 위치나 거리 등에 따라 달라질 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 유도 코일(210)의 등가 회로도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 송신 유도 코일(210)은 인덕터(L1)와 캐패시터(C1)로 구성될 수 있으며, 이들에 의해 적절한 인덕턴스와 캐패시턴스 값을 갖는 회로를 구성하게 된다.

송신 유도 코일(210)은 인덕터(L1)의 양단이 캐패시터(C1)의 양단에 연결된 등가회로로 구성될 수 있다. 즉, 송신 유도 코일(210)은 인턱터(L1)와 캐패시터(C1)가 병렬로 연결된 등가회로로 구성될 수 있다.

캐패시터(C1)는 가변 캐패시터일 수 있으며, 캐패시터(C1)의 캐패시턴스가 조절됨에 따라 임피던스 매칭이 수행될 수 있다. 송신 공진 코일(220), 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320)의 등가 회로도 또한, 도 2에 도시된 것과 동일할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 장치(100)와 무선전력 송신장치(200)의 등가 회로도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 송신 유도 코일(210)과 송신 공진 코일(220)은 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L1, L2)와 캐패시터(C1, C2)로 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(300)의 등가 회로도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 수신 공진 코일(310)과 수신 유도 코일(320)은 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L3, L4)와 캐패시터(C3, C4)로 구성될 수 있다.

정류부(330)는 수신 유도 코일(320)로부터 전달받은 교류 전력을 직류 전력을 변환하여 변환된 직류 전력을 부하(400)에 전달할 수 있다.

구체적으로, 정류부(330)는 정류기와 평활 회로를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 정류기는 실리콘 정류기가 사용될 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 다이오드(D1)로 등가화 될 수 있다.

정류기는 수신 유도 코일(320)로부터 전달받은 교류 전력을 직류 전력을 변환할 수 있다.

평활 회로는 정류기에서 변환된 직류 전력에 포함된 교류 성분을 제거하여 매끄러운 직류 전력을 출력할 수 있다. 일 실시 예에서 평활 회로는 도 4에 도시된 바와 같이, 정류 캐패시터(C5)가 사용될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.

부하(400)는 직류 전력을 필요로 하는 임의의 충전지 또는 장치일 수 있다. 예를 들어, 부하(400)는 배터리를 의미할 수 있다.

무선전력 수신장치(300)는 휴대폰, 노트북, 마우스 등 전력이 필요한 전자기기에 장착될 수 있다. 이에 따라, 수신 공진 코일(310) 및 수신 유도 코일(320)은 전자기기의 형태에 맞는 형상을 가질 수 있다.

무선전력 송신장치(200)는 무선전력 수신장치(300)와 인밴드(In band) 또는 아웃 오브 밴드(out of band) 통신을 이용하여 정보를 교환할 수 있다.

인밴드(In band) 통신은 무선전력 전송에 사용되는 주파수를 갖는 신호를 이용하여 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300)간 정보를 교환하는 통신을 의미할 수 있다. 무선전력 수신장치(300)는 스위치를 더 포함할 수 있고, 상기 스위치의 스위칭 동작을 통해 무선전력 송신장치(200)에서 송신되는 전력을 수신하거나, 수신하지 않을 수 있다. 이에 따라, 무선전력 송신장치(200)는 무선전력 송신장치(200)에서 소모되는 전력량을 검출하여 무선전력 수신장치(300)에 포함된 스위치의 온 또는 오프 신호를 인식할 수 있다.

구체적으로, 무선전력 수신장치(300)는 저항과 스위치를 이용해 저항에서 흡수하는 전력량을 변화시켜 무선전력 송신장치(200)에서 소모되는 전력을 변경시킬 수 있다. 무선전력 송신장치(200)는 상기 소모되는 전력의 변화를 감지하여 무선전력 수신장치(300)의 상태 정보를 획득할 수 있다. 스위치와 저항은 직렬로 연결될 수 있다. 일 실시 예에서 무선전력 수신장치(300)의 상태 정보는 무선전력 수신장치(300)의 현재 충전량, 충전량 추이에 대한 정보를 포함할 수 있다.

더 구체적으로 설명하면, 스위치가 개방되면, 저항이 흡수하는 전력은 0이 되고, 무선전력 송신장치(200)에서 소모되는 전력도 감소한다.

스위치가 단락되면, 저항이 흡수하는 전력은 0보다 크게 되고, 무선전력 송신장치(200)에서 소모되는 전력은 증가한다. 무선전력 수신장치에서 이와 같은 동작을 반복하면, 무선전력 송신장치(200)는 무선전력 송신장치(200)에서 소모되는 전력을 검출하여 무선전력 수신장치(300)와 디지털 통신을 수행할 수 있다.

무선전력 송신장치(200)는 위와 같은 동작에 따라 무선전력 수신장치(300)의 상태 정보를 수신하고, 그에 적합한 전력을 송신할 수 있다.

이와는 반대로, 무선전력 송신장치(200) 측에 저항과 스위치를 구비하여 무선전력 송신장치(200)의 상태 정보를 무선전력 수신장치(300)에 전송하는 것도 가능하다. 일 실시 예에서 무선전력 송신장치(200)의 상태 정보는 무선전력 송신장치(200)가 전송할 수 있는 최대공급 전력량, 무선전력 송신장치(200)가 전력을 제공하고 있는 무선전력 수신장치(300)의 개수 및 무선전력 송신장치(200)의 가용 전력량에 대한 정보를 포함할 수 있다.

다음으로, 아웃 오브 밴드 통신에 대해 설명한다.

아웃 오브 밴드 통신은 공진 주파수 대역이 아닌 별도의 주파수 대역을 이용하여 전력 전송에 필요한 정보를 교환하는 통신을 말한다. 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300)는 아웃 오브 밴드 통신 모듈을 장착하여 전력 전송에 필요한 정보를 교환할 수 있다. 상기 아웃 오브 밴드 통신 모듈은 전력 공급 장치에 장착될 수도 있다. 일 실시 예에서 아웃 오브 밴드 통신 모듈은 블루투스, 지그비, 무선랜, NFC(Near Field Communication)와 같은 근거리 통신 방식을 사용할 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.

다음으로, 도 5 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 장치를 도 1 내지 도 4의 내용에 결부시켜 설명한다.

먼저, 도 5 내지 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치를 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치에 흐르는 전류에 따라 발생하는 자기장의 방향을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 주변에서 형성되는 자기장의 분포를 평면에서 보여주는 H-Field이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 주변에서 형성되는 자기장의 분포를 정면에서 보여주는 H-Field이다.

먼저, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치(500)는 코일(510) 및 커패시터(520)를 포함할 수 있다.

코일(510)의 일단과 타단은 커패시터(520)의 일단과 타단에 연결될 수 있다.

코일(510)은 무선으로 전력을 송신 또는 수신할 수 있다.

일 실시 예에서 코일(510)이 전자기 유도를 이용하여 전력 송수신을 수행하는 경우, 코일(510)은 도 1 내지 도 4에서 설명한 송신 유도 코일(210) 또는 수신 유도 코일(320)에 대응될 수 있다. 이 경우, 무선 전력 장치(500)는 커패시터(520)를 포함하지 않을 수 있다.

일 실시 예에서 코일(510)이 공진을 이용하여 전력 송수신을 수행하는 경우, 코일(510)은 도 1 내지 도 4에서 설명한 송신 공진 코일(220) 또는 수신 공진 코일(310)에 대응될 수 있다.

코일(510)은 제1 코일(511) 및 제2 코일(513)을 포함할 수 있고, 제1 코일(511) 및 제2 코일(513)은 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 제1 코일(511)의 일단은 커패시터의 일단에 연결되고, 제1 코일(511)의 타단은 제2 코일(513)의 일단에 연결된다. 제2 코일(513)의 타단은 커패시터(520)의 타단에 연결된다.

도 5에서, 코일(510)은 2개의 코일을 포함하는 것으로 되어 있으나, 이는 예시에 불과하다.

일 실시 예에서 제1 코일(511) 및 제2 코일(513) 중 적어도 하나는 미앤더(meader) 패턴을 가질 수 있다. 미앤더 패턴은 하나의 도선이 구불구불한 구조를 갖도록 형성된 패턴일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없고, 하나의 도선이 반복된 S자 구조를 갖도록 형성된 패턴 등 다양한 패턴을 의미할 수 있다.

미앤더 패턴을 갖는 제1 코일(511) 및 제2 코일(513)에 전류가 흐를 경우, 코일(510)의 내부에는 강한 자기장이 형성될 수 있다. 이에 대해서는 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6을 참조하면, 제1 코일(511)과 제2 코일(513)이 직렬로 연결된 코일(510)은 미앤더 패턴을 형성하고 있다. 코일(510)의 일단에 전류가 입력되면, 전류는 미앤더 패턴을 갖는 코일(510)을 통해 흐르고, 앙페르의 오른나사 법칙에 의해 전류가 흐르는 방향을 감싸는 방향으로 자기장이 발생한다.

코일(510)의 주위에 형성되는 자기장의 분포는 도 7 및 도 8을 통해 상세히 설명한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 장치(500)의 주변 형성된 자기장의 분포를 보여준다.

도 7 및 도 8의 시뮬레이션 결과는 전자기 유도를 이용하여 실험한 자기장의 분포이고, 사용 주파수는 13.56MHz이다. 또한, 도 7 및 도 8의 H-Field에서 자기장의 세기는 붉은색이 가장 센 것을 의미하며, 노란색, 초록색, 하늘색, 파란색으로 갈수록 자기장의 세기가 약해지는 것을 의미한다.

도 7 및 도 8의 H-Field에서는 코일(510)의 내부에 주로 자기장이 형성됨을 보여주고 있고, 코일(510)의 주변에는 다소 자기장의 세기가 약함을 확인할 수 있다.

다시 도 5를 참조하면, 커패시터(520)는 무선 전력 장치(500)가 공진을 이용하여 전력을 송수신하는 경우, 공진 주파수를 조절하는 역할을 수행한다. 이 때, 커패시터(520)는 가변 커패시터일 수 있고, 무선 전력 장치(500)의 제어부(미도시)는 커패시터(520)의 커패시턴스를 가변시켜 공진 주파수를 조절할 수 있다.

다음으로 도 9 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치(500)에 대해 설명한다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 또 실시 예에 따른 무선 전력 장치에 흐르는 전류에 따라 발생하는 자기장의 방향을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명의 또 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 주변에서 형성되는 자기장의 분포를 평면에서 보여주는 H-Field이고, 도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 주변에서 형성되는 자기장의 분포를 정면에서 보여주는 H-Field이다.

먼저, 도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치(500)는 코일(510) 및 커패시터(520)를 포함할 수 있다.

커패시터(520)는 도 5에서 설명한 내용과 같으므로 자세한 설명은 생략한다.

코일(510)은 커패시터(520)와 병렬로 연결될 수 있다.

코일(510)은 무선으로 전력을 송신 또는 수신할 수 있다.

코일(510)은 제1 코일(511) 및 제2 코일(513)을 포함할 수 있고, 제1 코일(511)과 제2 코일(513)은 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 제1 코일(511)의 일단에는 제2 코일(513)의 일단이 연결되고, 제1 코일(511)의 타단에는 제2 코일(513)의 타단이 연결될 수 있다.

제1 코일(511) 및 제2 코일(513)은 도 5에서 설명한 바와 같이, 미앤더 패턴을 갖는다. 미앤더 패턴을 갖는 제1 코일(511) 및 제2 코일(513)에 전류가 흐를 경우, 제1 코일(511) 및 제2 코일(513)의 사이에는 강한 자기장이 형성될 수 있어, 전력 전송 효율이 크게 향상될 수 있다. 이에 대해서는 도 10을 참조하여, 자세히 설명한다.

도 10을 참조하면, 미앤더 패턴의 제1 코일(511)과 제2 코일(513)은 병렬로 연결되어 병렬 구조의 미앤더 패턴을 형성하고 있다. 코일(510)에 전류가 입력되어 제1 코일(511)과 제2 코일(513)에 전류가 흐를 경우, 앙페르의 오른나사 법칙에 의해 전류가 흐르는 방향을 감싸는 방향으로 자기장이 발생한다.

이 때, 제1 코일(511)과 제2 코일(513) 사이의 A 영역에는 수평 방향으로 향하는 자기장이 중첩되어 강한 자기장이 형성될 수 있다. 만약, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치(500)가 무선으로 전력을 수신하고, 무선전력 수신장치가 제1 코일(511)과 제2 코일(513) 사이에 위치하는 경우, 무선전력 수신장치에 전달되는 자기장의 세기가 커져 전력 전송 효율이 크게 향상될 수 있다.

도 11 및 도 12의 시뮬레이션 결과를 참조하여 이에 대한 효과를 더 살펴본다.

도 11 및 도 12의 시뮬레이션 결과는 전자기 유도를 이용하여 실험한 자기장의 분포이고, 사용 주파수는 13.56MHz이다. 또한, 도 11 및 도 12의 H-Field에서 자기장의 세기는 붉은색이 가장 센 것을 의미하며, 노란색, 초록색, 하늘색, 파란색으로 갈수록 자기장의 세기가 약해지는 것을 의미한다.

도 11 및 도 12의 H-Field에서는 코일(510)의 내부에 형성된 자기장의 세기도 크고, 특히, 제1 코일(511)과 제2 코일(513) 사이에 또한, 강한 자기장이 형성됨을 보여주고 있다. 즉, 제1 코일(511)과 제2 코일(513)을 직렬로 연결한 도 7 및 도 8의 결과와는 달리, 제1 코일(511) 및 제2 코일(513)의 내부에 형성된 자기장의 세기가 더 클 뿐만 아니라, 제1 코일(511) 및 제2 코일(513) 사이에 큰 자기장이 형성됨을 확인할 수 있다.

도 10에서 설명한 바와 같이, 만약, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치(500)가 무선으로 전력을 수신하고, 무선전력 수신장치가 제1 코일(511)과 제2 코일(513) 사이에 위치하는 경우, 무선전력 수신장치에 전달되는 자기장의 세기가 커져 전력 전송 효율이 크게 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치(500)는 미앤더 패턴을 갖는 2개의 코일이 병렬로 연결되기 때문에, 코일의 저항성분 또한, 병렬 연결된 것과 같은 효과를 가져, 품질지수(또는 양호도 Q)를 크게 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 양호도 Q는 w*R/L와 같이 계산될 수 있다. 여기서, w는 무선 전력 전송에 사용되는 주파수이고, R은 코일의 저항성분, L은 코일의 인덕턴스를 의미하는데, R값이 작아질 경우, Q가 증가하여 양호도를 향상시킬 수 있다.

다음으로, 도 13을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치에 대해 설명한다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치의 구성을 보여주기 위한 도면이다.

도 13에 도시된 무선 전력 장치(500)는 도 9 내지 도 12에서 설명한 병렬 구조의 코일(510) 2개를 배치한 구조이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치(500)는 2개의 코일(510) 및 커패시터(520)를 포함할 수 있다.

코일(510)은 무선으로 전력을 송신 또는 수신할 수 있다.

2개의 코일(510) 각각은 제1 코일(511) 및 제2 코일(513)을 포함할 수 있 있고, 제1 코일(511)과 제2 코일(513)은 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 제1 코일(511)의 일단에는 제2 코일(513)의 일단이 연결되고, 제1 코일(511)의 타단에는 제2 코일(513)의 타단이 연결될 수 있다.

코일(510)의 제1 코일(511) 및 제2 코일(513)은 각각 미앤더 패턴을 갖는다. 미앤더 패턴을 갖는 제1 코일(511) 및 제2 코일(513)은 반원의 형태로 배치될 수 있다. 일 실시 예에서 제1 코일(511)이 형성하는 반경은 제2 코일(513)이 형성하는 반경보다 클 수 있다.

하나의 코일(510)은 다른 코일(510)의 일 측에 배치될 수 있다. 즉, 도 13에 도시된 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치(500)는 도 9 내지 도 12에서 설명한 병렬 구조의 코일(510) 2개를 원 형태로 배치한 실시 예이다.

미앤더 패턴을 갖는 제1 코일(511) 및 제2 코일(513)에 전류가 흐를 경우, 도 13에 도시된 자기장의 방향과 같이, 제1 코일(511) 및 제2 코일(513)의 사이에는 수평 방향의 자기장이 강하게 형성될 수 있다. 만약, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 장치(500)가 무선으로 전력을 수신하고, 무선전력 수신장치가 제1 코일(511)과 제2 코일(513) 사이에 위치하는 경우, 무선전력 수신장치에 전달되는 자기장의 세기가 커져 전력 전송 효율이 크게 향상될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.

100: 전력 공급 장치
200: 무선전력 송신장치
210: 송신 유도 코일
220: 송신 공진 코일
300: 무선전력 수신장치
310: 수신 공진 코일
320: 수신 유도 코일
330: 정류부
400: 부하
500: 무선 전력 장치
510: 코일
520: 커패시터

Claims

무선 전력 장치로서,
무선으로 전력을 송신 또는 수신하는 코일을 포함하고,
상기 코일은 미앤더 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는
무선 전력 장치.
제1항에 있어서,
상기 코일은
제1 코일과
상기 제1 코일에 병렬 연결된 제2 코일을 포함하는
무선 전력 장치.
제1항에 있어서,
상기 코일은
상기 제1 코일과 상기 제2 코일이 병렬로 연결된 제1 병렬 코일 및
상기 제1 병렬 코일의 구조와 동일한 구조를 갖고, 상기 제1 병렬 코일의 일 측에 배치된 제2 병렬 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는
무선 전력 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코일은
상기 미앤더 패턴을 갖는 코일에 흐르는 전류에 의해 수평 방향의 자기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는
무선 전력 장치.
제2항에 있어서,
상기 코일은
상기 미앤더 패턴에 흐르는 전류에 의해 상기 제1 코일과 상기 제2 코일 사이에 수평 방향의 자기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는
무선 전력 장치.
제1항에 있어서,
상기 코일은
제1 코일과
상기 제1 코일에 직렬 연결된 제2 코일을 포함하는
무선 전력 장치.
제1항에 있어서,
상기 코일과 연결되고, 공진 주파수를 조절하기 위한 커패시터를 더 포함하는
무선 전력 장치.