KR101222137B1 - Directional wireless power transmission apparatus using magnetic resonance induction - Google Patents
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Abstract
무선 전력송신 장치에서 한 쌍의 헬름홀츠 코일을 이용하여 지향성과 높은 효율을 얻는다. 본 발명의 무선 전력전송 장치는, 한 쌍의 동일한 감은 수와 반경을 갖는 코일을 포함하며, 상기 한 쌍의 코일은 상기 반경만큼 이격되어 있고, 상기 한 쌍의 코일은 외부의 전원으로부터 동일한 방향의 동일한 전류를 공급받는 것을 특징으로 한다. 여기에서, 상기 한 쌍의 코일은 서로 연결되어 있을 수 있으며, 상기 무선 전력전송 장치는 서랍, 선반 또는 트레이 형태로 구성되고, 상기 한 쌍의 코일은 상기 서랍, 선반 또는 트레이의 마주보는 면에 설치될 수 있다. 무선 전력전송 장치에서 헬름홀츠 코일을 이용함으로써, 무선 전력전송 장치와 무선 충전기기 사이의 거리에 무관하게 일정한 전력전송 효율을 얻을 수 있는 균일한 자기장을 형성하여 무선 전력전송의 지향성과 더 높은 전력전송 효율을 얻을 수 있다. In a wireless power transmission device, directivity and high efficiency are obtained by using a pair of Helmholtz coils. The wireless power transmission device of the present invention includes a pair of coils having the same number and radius of winding, the pair of coils are spaced apart by the radius, and the pair of coils are in the same direction from an external power source. It is characterized by receiving the same current. Here, the pair of coils may be connected to each other, the wireless power transmission device is configured in the form of a drawer, shelf or tray, the pair of coils are installed on the opposite side of the drawer, shelf or tray Can be. By using the Helmholtz coil in the wireless power transmission device, a uniform magnetic field can be obtained to obtain a constant power transmission efficiency regardless of the distance between the wireless power transmission device and the wireless charger. Can be obtained.
Description
본 발명은 무선 전력 전송 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 자기공진유도 방식을 이용한 무선 전력 전송 장치에서 지향성을 갖게 하여 충전 효율을 높일 수 있는 무선 전력 전송 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmitter, and more particularly, to a wireless power transmitter capable of directing a charge in a wireless power transmitter using a magnetic resonance induction method to increase charging efficiency.
무선으로 에너지를 전달하는 무선 전력 전송 기술로서 자기유도 현상을 이용한 무선 충전 시스템이 사용되고 있다. A wireless charging system using a magnetic induction phenomenon is being used as a wireless power transmission technology for transferring energy wirelessly.
예컨대, 전동칫솔 또는 무선 면도기 등이 전자기 유도의 원리로 충전되며, 최근에는 전자기 유도를 이용하여 휴대전화나 PDA, MP3 플레이어, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대기기를 충전할 수 있는 무선충전제품들이 출시되고 있다. For example, electric toothbrushes or wireless shavers are charged with the principle of electromagnetic induction. Recently, wireless charging products for charging mobile devices such as mobile phones, PDAs, MP3 players, and notebook computers using electromagnetic induction have been introduced. .
그러나, 하나의 코일에서 다른 코일로 자기장을 통해 전류를 유도하는 자기유도 방식은 코일 사이의 거리 및 상대적 위치에 매우 민감하여 두 코일 사이의 거리가 약간 떨어지거나 틀어져도 전송 효율이 급속히 떨어진다. 이에 따라 이러한 자기유도 방식의 충전 시스템은 수 cm 이하의 근거리에서만 사용할 수 있다는 약점이 있다.However, the magnetic induction method of inducing current through a magnetic field from one coil to another is very sensitive to the distance and relative position between the coils, so that the transmission efficiency drops rapidly even if the distance between the two coils is slightly dropped or twisted. Accordingly, such a magnetic induction type charging system has a weak point that it can be used only at a short distance of a few cm or less.
한편, 미국특허 7,741,735호에서는 공진장의 감쇄파 결합에 기반을 둔 비방사형 에너지 전달 방식을 개시하고 있다. 이는 두 개의 동일한 주파수를 갖는 공진체가 주위의 다른 비공진체와는 영향을 미치지 않지만 서로 커플링하려는 경향을 가지는 점을 이용한 것으로 기존의 전자기 유도에 비하여 먼 거리까지 에너지를 전달할 수 있는 기술로서 소개되고 있다. On the other hand, US Patent 7,741,735 discloses a non-radiative energy transfer method based on the attenuation wave coupling of the resonant field. This is because two resonators with the same frequency do not affect other non-resonators around them, but they tend to couple with each other and are introduced as a technology that can transfer energy over a long distance compared to conventional electromagnetic induction. .
본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 무선 전력전송에 있어서 송신기와 수신기 사이의 거리에 무관하게 일정한 전력전송 효율을 얻을 수 있는 균일한 자기장을 형성하는 무선 전력전송 장치를 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in the technical background as described above, and an object of the present invention is to wireless power transmission to form a uniform magnetic field to obtain a constant power transmission efficiency regardless of the distance between the transmitter and the receiver in wireless power transmission It is to provide a device.
본 발명의 다른 과제는 무선 전력전송에 있어서 지향성을 제공할 수 있는 무선 전력전송 장치를 제공하고자 하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a wireless power transmission apparatus that can provide directivity in wireless power transmission.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 무선 전력송신 장치에서 한 쌍의 헬름홀츠 코일을 이용하여 지향성과 높은 효율을 얻는다.In order to solve this problem, the present invention obtains directivity and high efficiency by using a pair of Helmholtz coils in the wireless power transmission apparatus.
본 발명에 일 면에 따른 무선 전력전송 장치는, 외부의 무선 충전기기로 자기공진유도 방식으로 전력을 송신하는 무선 전력전송 장치로서, 한 쌍의 동일한 감은 수와 반경을 갖는 코일을 포함하며, 상기 한 쌍의 코일은 상기 반경만큼 이격되어 있고, 상기 한 쌍의 코일은 외부의 전원으로부터 동일한 방향의 동일한 전류를 공급받는 것을 특징으로 한다.Wireless power transmission apparatus according to an aspect of the present invention, a wireless power transmission device for transmitting power in a self-resonance induction method to an external wireless charger, comprising a coil having a pair of the same number and radius of the The pair of coils are spaced apart by the radius, and the pair of coils are supplied with the same current in the same direction from an external power source.
여기에서, 상기 한 쌍의 코일은 서로 연결되어 있을 수 있으며, 상기 무선 전력전송 장치는 서랍, 선반 또는 트레이 형태로 구성되고, 상기 한 쌍의 코일은 상기 서랍, 선반 또는 트레이의 마주보는 면에 설치될 수 있다.Here, the pair of coils may be connected to each other, the wireless power transmission device is configured in the form of a drawer, shelf or tray, the pair of coils are installed on the opposite side of the drawer, shelf or tray Can be.
본 발명의 다른 면에 따른 무선 충전 시스템은, 하나 이상의 무선 충전기기와 상기 하나 이상의 무선 충전기기로 자기공진유도 방식으로 전력을 송신하는 무선 전력전송 장치를 포함하는 무선 충전 시스템으로서, 상기 무선 전력전송 장치는, 한 쌍의 동일한 감은 수와 반경을 갖는 코일을 포함하며, 상기 한 쌍의 코일은 상기 반경만큼 이격되어 있고, 상기 한 쌍의 코일은 외부의 전원으로부터 동일한 방향의 동일한 전류를 공급받으며, 상기 하나 이상의 무선 충전기기는 상기 한 쌍의 코일 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다. Wireless charging system according to another aspect of the present invention, a wireless charging system including a wireless power transmission device for transmitting power to one or more wireless chargers and the magnetic resonance induction method to the one or more wireless chargers, the wireless power transmission device is And a pair of coils having the same number and radius of windings, wherein the pair of coils are spaced apart by the radius, and the pair of coils are supplied with the same current in the same direction from an external power source. The above wireless charger is characterized in that it is located between the pair of coils.
본 발명에 따르면, 무선 전력전송 장치에서 헬름홀츠 코일을 이용함으로써 무선 전력전송 장치와 무선 충전기기 사이의 거리에 무관하게 일정한 전력전송 효율을 얻을 수 있는 균일한 자기장을 형성하여 무선 전력전송의 지향성과 더 높은 전력전송 효율을 얻을 수 있다. According to the present invention, by using the Helmholtz coil in the wireless power transmission device to form a uniform magnetic field that can obtain a constant power transmission efficiency irrespective of the distance between the wireless power transmission device and the wireless charger, the directivity of the wireless power transmission and more High power transfer efficiency can be obtained.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헬름홀츠 코일을 사용한 무선 전력전송 장치를 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 헬름홀츠 코일 내부의 자기장의 크기를 나타낸 것이다.
도 3은 헬름홀츠 코일과 통상적인 코일의 자기장을 정규화하여 표시한 그래프이다.
도 4는 헬름홀츠 코일과 통상적인 코일을 이용한 무선 전력전송 장치의 효율을 표시한 것이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 여러 실시예에 따른 무선 전력전송 장치를 나타내는 도면이다.1 is a conceptual diagram illustrating a wireless power transmission apparatus using a Helmholtz coil according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates the magnitude of the magnetic field inside the Helmholtz coil of FIG. 1.
3 is a graph showing normalized magnetic fields of a Helmholtz coil and a conventional coil.
4 shows the efficiency of the wireless power transmission apparatus using a Helmholtz coil and a conventional coil.
5 to 9 are diagrams illustrating a wireless power transmission apparatus according to various embodiments of the present disclosure.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Advantages and features of the present invention, and methods of achieving the same will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.
이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 지향성 무선 전력 전송 장치 및 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the directional wireless power transmission apparatus and method using a magnetic resonance induction method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식의 지향성 무선 전력 전송 장치 및 방법에서는 무선 전력 전송에 있어서 지향성을 확보하기 위하여 헬름홀츠 코일을 이용한다. 또한 본 명세서에서는 무선 전력 전송에 있어서 지향성을 갖도록 하는 것을 마그네틱 필드-포밍(magnetic field-forming)이라 부르기도 한다.In the self-resonance induction-type directional wireless power transmission apparatus and method according to an embodiment of the present invention uses a Helmholtz coil to secure the directivity in the wireless power transmission. In addition, in the present specification, the directivity in wireless power transmission is also referred to as magnetic field-forming.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헬름홀츠 코일을 이용한 자기공진유도 방식의 지향성 무선 전력전송 장치의 구성을 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing the configuration of a directional wireless power transmission device of the magnetic resonance induction method using a Helmholtz coil according to an embodiment of the present invention.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 장치에서 사용되는 헬름홀츠 코일은 동일한 감은 수 N과 동일한 반경 R을 가지며 거리 d=R만큼 떨어져 있는 한 쌍의 평면 원형 동축 코일로 이루어진다. 두 개의 코일은 같은 방향으로 흐르는 공통 전류 I를 갖도록 연결되어 있다. 그러나, 동일한 방향과 크기의 전류가 흐르도록 한다면, 두 코일이 반드시 연결되어 있을 필요는 없다. As shown in FIG. 1, the Helmholtz coil used in the wireless power transmission apparatus according to the embodiment of the present invention is composed of a pair of planar circular coaxial coils having the same winding number N and the same radius R and separated by a distance d = R. . The two coils are connected to have a common current I flowing in the same direction. However, if the currents of the same direction and magnitude are to flow, the two coils are not necessarily connected.
두 코일에 DC 입력 신호가 공급되면, 두 코일 사이의 영역 내에 균일한 자기장이 생성된다. 만일 AC 입력 신호가 공급되면, 두 코일 사이에 교호의 균일한 자기장이 생성된다. When a DC input signal is supplied to both coils, a uniform magnetic field is created in the region between the two coils. If an AC input signal is supplied, an alternatingly uniform magnetic field is created between the two coils.
도 1과 같은 헬름홀츠 코일 사이의 원기둥 좌표로 나타낸 한 점 P(ρ,φ,z)에서 자기장의 크기는 φ에 대해 회전대칭이므로 φ에 대해서는 독립적이다. 따라서 φ=o인 xz-평면 상의 한 점 P에서의 자기장의 ρ- 및 φ- 성분은 Biot-Savart 법칙을 적용하면 각각 다음의 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이 계산될 수 있다. The magnitude of the magnetic field at one point P (ρ, φ, z) represented by the cylindrical coordinates between the Helmholtz coils as shown in FIG. 1 is rotationally symmetric with respect to φ and thus independent of φ. Therefore, the ρ- and φ-components of the magnetic field at a point P on the xz-plane with φ = o can be calculated as shown in
여기에서 μ0는 투자율 상수(4π×10-7H/m)이고, 각각 상부 및 하부 코일에 대한 Kbc, Ebc와 Ktc, Etc는 제1종 및 제2종 타원적분이다. 계수 kbc와 ktc는 다음의 [수학식 3] 및 [수학식 4]와 같이 주어진다. Where μ 0 is the permeability constant (4π × 10 −7 H / m) and K bc , E bc and K tc , E tc for the upper and lower coils, respectively, are the first and second elliptic integrals. The coefficients k bc and k tc are given by Equations 3 and 4 below.
도 2는 [수학식 1]과 [수학식 2]를 사용하여 헬름홀츠 코일 내부 영역의 xz 평면(φ=o) 내의 자기장의 크기를 구한 것이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 예외적으로 코일의 가장자리에서 자기장이 매우 강한 것을 제외하고는, 헬름홀츠 코일 내의 자기장의 크기는 거의 균일한 것을 알 수 있다. FIG. 2 shows the magnitude of the magnetic field in the xz plane (φ = o) of the inner region of the Helmholtz
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헬름홀츠 코일을 사용한 무선 전력전송 장치와 통상의 코일을 사용한 무선 전력전송 장치의 자기장을 정규화하여 나타낸 것이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 헬름홀츠 코일을 사용한 무선 전력전송 장치에서는 z축을 따라 거의 일정하며 훨씬 강한 자기장이 형성됨을 알 수 있다. FIG. 3 shows normalized magnetic fields of a wireless power transmission apparatus using a Helmholtz coil and a wireless power transmission apparatus using a conventional coil according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, it can be seen that in the wireless power transmission apparatus using the Helmholtz coil, an almost constant and much stronger magnetic field is formed along the z axis.
이와 같은 특성에 따라 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력전송 장치에서는 헬름홀츠 코일을 사용하여 특정 영역 내에서 균일한 자기장을 얻을 수 있다.According to such a characteristic, in the wireless power transmission apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention, a uniform magnetic field may be obtained using a Helmholtz coil.
이제, 본 발명의 실시예에 따른 헬름홀츠 코일을 사용한 무선 전력전송 장치에서의 지향성에 대해 살펴본다.Now, look at the directivity in the wireless power transmission apparatus using the Helmholtz coil in accordance with an embodiment of the present invention.
안테나에서 방사된 에너지가 특정한 방향을 따라서 집중적으로 방사되도록 하는 기술인 빔포밍(beamforming)에 있어서는, 어레이 지향성 D를 다음의 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.In beamforming, which is a technique in which energy radiated from an antenna is intensively radiated along a specific direction, the array directivity D may be expressed as
그러나, 무선 전력전송 장치에서는 비방사 근거리장 영역을 이용하므로 방사 전력은 무의미하다. 대신, 마그네틱 필드-포밍(magnetic field-forming)의 지향성은 빔을 형성하지 않는(등방성의) 통상의 원형 코일을 사용할 때 전송되는 전력의 양과 마그네틱 필드-포밍을 이용할 때 전송되는 전력의 양을 비로 정의될 수 있을 것이다. 즉, 지향성 D는 마그네틱 필드-포밍 무선 전력전송 장치와 통상의(단일 전송기 코일) 무선 전력전송 장치의 효율(efficiency) 비를 계산하여 결정될 수 있으며, 이는 다음의 [수학식 6]으로 나타낼 수 있다.However, since the wireless power transmission apparatus uses a non-radiative near field region, the radiated power is meaningless. Instead, the directionality of magnetic field-forming is proportional to the amount of power transmitted when using a conventional circular coil that does not form a beam (isotropic) and the amount of power transmitted when using magnetic field-forming. It can be defined. That is, the directivity D may be determined by calculating an efficiency ratio between the magnetic field-forming wireless power transmitter and the conventional (single transmitter coil) wireless power transmitter, which may be represented by
여기에서 ηb와 η는 각각 마그네틱 필드-포밍 무선 전력전송 장치와 통상의 무선 전력전송 장치의 효율을 나타낸다.Η b and η here represent the efficiencies of the magnetic field-forming wireless power transmitter and the conventional wireless power transmitter, respectively.
각 시스템의 효율을 계산하기 위해서는 송신기와 수신기 코일의 상호 인덕턴스가 필요하다. 헬름홀츠 코일에 의해 생성되는 자기장은 균일하므로 지향성을 결정하기 위해서 축방향의 자기장만을 고려하면 된다. To calculate the efficiency of each system, the mutual inductance of the transmitter and receiver coils is required. Since the magnetic field generated by the Helmholtz coil is uniform, only the axial magnetic field needs to be considered to determine the directivity.
통상의 무선 전력전송 장치에서 축방향 자기장은 다음의 [수학식 7]과 같이 주어진다.In a typical wireless power transmission apparatus, the axial magnetic field is given by Equation 7 below.
수신기 코일의 면적 A에 대한 마그네틱 플럭스 Φm=B(z)A 이고, 상호 인덕턴스는 다음의 [수학식 8]과 같다.The magnetic flux Φ m = B (z) A for the area A of the receiver coil, and the mutual inductance is given by Equation 8 below.
헬름홀츠 코일의 축방향 자기장은 다음의 [수학식 9]와 같이 주어진다.The axial magnetic field of the Helmholtz coil is given by Equation 9 below.
헬름홀츠 코일을 이용한 무선 전력전송 장치의 상호 인덕턴스는 헬름홀츠 코일의 마그네틱 플럭스 Φm-h=Bh(z)A로부터 다음의 [수학식 10]과 같이 구할 수 있다.The mutual inductance of the wireless power transmission device using the Helmholtz coil can be obtained from the magnetic flux Φ mh = B h (z) A of the Helmholtz coil as shown in
따라서, 헬름홀츠 코일을 이용한 무선 전력전송 장치와 통상의 무선 전력전송 장치의 상호 인덕턴스의 비는 다음의 [수학식 11]과 같이 구할 수 있다.Therefore, the ratio of mutual inductance of the wireless power transmitter using the Helmholtz coil and the conventional wireless power transmitter can be obtained as shown in Equation 11 below.
무선 전력전송 장치의 효율은 성능지수(figure-of-merit) 커플링-대-손실(coupling-to-loss) 비로 결정될 수 있다. 즉, 무선 전력전송 장치에서는 커플링-대-손실 비가 높을수록 효율이 높으며, 헬름홀츠 코일에서의 커플링-대-손실 비는 다음의 [수학식 12]와 같이 주어진다.Efficiency of the wireless power transmission apparatus may be determined by a figure of figure of coupling-to-loss ratio. That is, in the wireless power transmission apparatus, the higher the coupling-to-loss ratio, the higher the efficiency, and the coupling-to-loss ratio in the Helmholtz coil is given by Equation 12 below.
여기에서 ω는 코일의 공진 주파수이고, Rt-h와 Rr-h는 각각 송신기와 수신기 코일의 저항성(ohmic) 및 방사성(radiation) 저항이다. 통상의 송신기와 수신기 코일에서 Rt와 Rr이 각각 저항성 및 방사성 저항일 때 Rr-h=Rr이고 Rt-h=2Rt이다. Where ω is the resonant frequency of the coil and R th and R rh are the ohmic and radiation resistances of the transmitter and receiver coils, respectively. In a typical transmitter and receiver coil, R rh = R r and R th = 2R t when R t and R r are resistive and radioactive resistors, respectively.
따라서, [수학식 12]는 [수학식 11]을 이용하면 다음의 [수학식 13]과 같이 된다.Therefore, using [Equation 11], [Equation 12] is as shown in the following [Equation 13].
주어진 κ/Γ값에 대해서 거리 z<<R인 경우에만 κh/Γh<κ/Γ이므로, 무선 전력전송 장치의 운용 거리 범위에서는 κh/Γh>κ/Γ라고 할 수 있다. [수학식 8]로부터 주어진 κ/Γ에 대해 무선 전력전송 장치의 효율은 다음의 [수학식 14]가 된다.Since κ h / Γ h <κ / Γ only when the distance z << R for a given κ / Γ value, it can be said that κ h / Γ h > κ / Γ in the operating distance range of the wireless power transmitter. For κ / Γ given by Equation 8, the efficiency of the wireless power transmission apparatus is given by Equation 14.
여기에서
예를 들어 20cm 반경의 헬름홀츠 코일을 갖는 송신기와 3.5cm 반경을 갖는 수신기를 동일한 기준의 통상의 송신기의 경우와 비교하였을 때의 효율을 도 4에 나타내었다. For example, the efficiency when a transmitter having a Helmholtz coil having a radius of 20 cm and a receiver having a radius of 3.5 cm are compared with a case of a conventional transmitter of the same reference is shown in FIG. 4.
이와 같이, 한 쌍의 헬름홀츠 코일을 포함하는 무선 전력전송 장치(송신기)의 두 코일 사이에 무선 충전기기(수신기)를 위치시켜, 송신기와 수신기가 자기공진유도 결합을 이루도록 함으로써 지향성을 갖는 효율적인 무선 전력전송이 이루어진다.As such, by placing a wireless charger (receiver) between two coils of a wireless power transmitter (transmitter) including a pair of Helmholtz coils, the transmitter and the receiver make a magnetic resonance induction coupling, thereby achieving efficient wireless power having directivity. The transmission is made.
즉, 무선 충전기기가 위치하는 두 코일 사이의 영역에만 자기장이 형성되도록 함으로써, 근처의 다른 전기전자 장치의 동작을 간섭하거나 다른 장치나 금속 물체의 온도를 증가시키는 등의 부작용을 줄일 수 있다.That is, the magnetic field is formed only in the region between the two coils where the wireless charger is located, thereby reducing side effects such as interfering with the operation of other nearby electrical and electronic devices or increasing the temperature of another device or a metal object.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 헬름홀츠 코일을 이용한 무선 전력전송 장치의 다양한 실시예를 나타낸다. 5 to 9 illustrate various embodiments of a wireless power transmission apparatus using a Helmholtz coil according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 헬름홀츠 코일을 이용한 무선 전력전송 장치는, 도 5에 나타난 것과 같이 서랍 형태로 구성될 수 있다. 이 때 서랍의 서로 마주보는 두 면에 한 쌍의 헬름홀츠 코일이 위치하게 된다. 이러한 무선 전력전송 장치에 의하여 전력을 공급받는 무선 충전기기는 서랍 내부에 수납되어 전력을 수신한다.The wireless power transmission apparatus using the Helmholtz coil according to the embodiment of the present invention may be configured in the form of a drawer as shown in FIG. At this time, a pair of Helmholtz coils are located on two opposite sides of the drawer. The wireless charger powered by the wireless power transmission device is received inside the drawer to receive power.
그밖에도 본 발명의 실시예에 따른 헬름홀츠 코일을 이용한 무선 전력전송 장치는, 도 6에 나타난 바와 같이 무선 충전기기가 위치하는 수납 홈을 갖는 형태로 구성되거나, 도 7 및 도 8에 나타난 바와 같이 윗면이 있거나 없는 선반 형태로 구성하여 벽면에 부착하여 사용할 수도 있고, 도 9에 나타난 바와 같이 트레이 형태로 구성할 수도 있다.In addition, the wireless power transmission apparatus using the Helmholtz coil according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 6 is configured in the form having a receiving groove in which the wireless charger is located, or as shown in Figure 7 and 8 It may be configured with or without a shelf or attached to a wall, or may be configured as a tray as shown in FIG. 9.
이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the apparatus and method of the present invention are not necessarily limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims are intended to embrace all such modifications and variations as fall within the true spirit of the invention.
Claims (6)
한 쌍의 동일한 감은 수와 반경을 갖는 코일을 포함하며,
상기 한 쌍의 코일은 상기 반경만큼 이격되어 있고,
상기 한 쌍의 코일은 외부의 전원으로부터 동일한 방향의 동일한 전류를 공급받으며,
주어진 커플링-대-손실비 κ/Γ에서, 상기 무선 전력전송 장치는 다음의 [수학식 14]와 같은 효율을 갖는 무선 전력전송 장치.
[수학식 14]
(여기에서,
A pair of identical windings having a coil with a number and radius,
The pair of coils are spaced apart by the radius,
The pair of coils receive the same current in the same direction from an external power source,
At a given coupling-to-loss ratio κ / Γ, the wireless power transfer apparatus has an efficiency as shown in Equation 14 below.
&Quot; (14) "
(From here,
상기 한 쌍의 코일은 서로 연결되어 있는 무선 전력전송 장치.The method of claim 1,
The pair of coils are connected to each other wireless power transmission device.
상기 무선 전력전송 장치는 서랍, 선반 또는 트레이 형태로 구성되며,
상기 한 쌍의 코일은 상기 서랍, 선반 또는 트레이의 마주보는 면에 설치되는 무선 전력전송 장치.The method of claim 1,
The wireless power transmission device is configured in the form of a drawer, a shelf or a tray,
The pair of coils are installed on the opposite surface of the drawer, shelf or tray.
상기 무선 전력전송 장치는,
한 쌍의 동일한 감은 수와 반경을 갖는 코일을 포함하며,
상기 한 쌍의 코일은 상기 반경만큼 이격되어 있고,
상기 한 쌍의 코일은 외부의 전원으로부터 동일한 방향의 동일한 전류를 공급받으며,
주어진 커플링-대-손실비 κ/Γ에서, 상기 무선 전력전송 장치는 다음의 [수학식 14]와 같은 효율을 갖고,
[수학식 14]
(여기에서,
상기 하나 이상의 무선 충전기기는 상기 한 쌍의 코일 사이에 위치하는 무선 충전 시스템.A wireless charging system comprising at least one wireless charger and a wireless power transmission device for transmitting power to the at least one wireless charger in a magnetic resonance induction manner,
The wireless power transmission device,
A pair of identical windings having a coil with a number and radius,
The pair of coils are spaced apart by the radius,
The pair of coils receive the same current in the same direction from an external power source,
At a given coupling-to-loss ratio κ / Γ, the wireless power transfer apparatus has an efficiency as shown in Equation 14 below.
&Quot; (14) "
(From here,
And the one or more wireless chargers are located between the pair of coils.
상기 한 쌍의 코일은 서로 연결되어 있는 무선 충전 시스템.5. The method of claim 4,
The pair of coils are connected to each other wireless charging system.
상기 무선 전력전송 장치는 서랍, 선반 또는 트레이 형태로 구성되고, 상기 한 쌍의 코일은 상기 서랍, 선반 또는 트레이의 마주보는 면에 설치되는 무선 충전 시스템.
5. The method of claim 4,
The wireless power transmission device is configured in the form of a drawer, a shelf or a tray, wherein the pair of coils are installed on the opposite side of the drawer, shelf or tray.
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