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KR20120110927A - Apparatus and system for wireless power transmission using dual transmitter coils - Google Patents

Apparatus and system for wireless power transmission using dual transmitter coils Download PDF

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KR20120110927A
KR20120110927A KR1020110029112A KR20110029112A KR20120110927A KR 20120110927 A KR20120110927 A KR 20120110927A KR 1020110029112 A KR1020110029112 A KR 1020110029112A KR 20110029112 A KR20110029112 A KR 20110029112A KR 20120110927 A KR20120110927 A KR 20120110927A
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South Korea
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power
coil
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transmission
transmission resonator
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KR1020110029112A
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엄경식
김성준
정준수
이승우
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서울대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A wireless power transmitting device and system are provided to guarantee transmission efficiency by arranging two transmission coil parts for wireless power electrical transmission. CONSTITUTION: A first transmission coil part(131) wirelessly transmits electricity provided from a power source to a receiving coil part. A first electricity coil is electrically connected to the power source and receives electricity from a power source. A first transmission resonator is magnetically connected to the first electricity coil. A second transmission coil part(132) is separately placed with the first transmission coil part and comprises a second transmission resonator. The first transmission resonator and the second transmission resonator transmit electricity to the receiving coil part by resonance of the receiving coil part.

Description

듀얼 송신 코일을 이용한 무선 전력 전송 장치 및 시스템 {Apparatus and System for Wireless Power Transmission Using Dual Transmitter Coils}Apparatus and System for Wireless Power Transmission Using Dual Transmitter Coils}

본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자기 공명을 이용하여 듀얼 송신 코일(dual transmitter coils)을 포함하는 송신 유닛으로부터 수신 코일을 포함하는 수신 유닛으로 전력을 무선 전송하되, 송신 유닛에 대한 수신 유닛의 위치나 각도에 따라 전력 전송 효율이 민감하게 변하지 않고 효율적으로 전력을 전송하는 장치 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to wireless power transmission, and more particularly, to wirelessly transmit power from a transmission unit including dual transmitter coils to a receiving unit including a receiving coil by using electromagnetic resonance, The present invention relates to an apparatus and system for efficiently transmitting power without sensitively changing power transmission efficiency according to a position or angle of a receiving unit.

무선 전력 전송 기술은 전원(power source)으로부터 전력(electrical power)을 무선으로 전송하기 위한 것으로서, 유선 연결을 통해서는 전력을 전송하기 곤란하거나 불편한 경우에 유용하다. 이러한 이점으로 인해 전 세계적으로 무선 전력 전송 시장이 확대되고 있다. 특히, 휴대용 기기를 포함한 전자제품이나 임상용 또는 실험용 장치의 사용이 늘어나면서, 이들을 편리하게 충전하고자 하는 수요도 더욱 급증하고 있다.Wireless power transfer technology is for wirelessly transmitting electrical power from a power source, which is useful when it is difficult or inconvenient to transfer power over a wired connection. These benefits are expanding the wireless power transfer market worldwide. In particular, as the use of electronic products including portable devices, or clinical or laboratory devices increases, the demand for convenient charging of them also increases.

무선으로 에너지가 전송되는 방식으로는, 송신 코일에 흐르는 전류에 의해 송신 코일 가까이에 위치하는 수신 코일에 흐르는 전류가 유도되는 전자기 유도(inductive coupling)를 이용하는 방식(예컨대, 변압기 또는 전기모터), 라디오파(예컨대, 마이크로파) 형태의 전자기 방사(electromagnetic radiation)를 이용하는 방식, 그리고 전원으로부터의 전력에 의해 형성된 비방사성 전자기장과의 공진 현상을 이용하여 에너지를 수신하도록 하는 자기 공명(magnetic resonant coupling) 방식 등이 있다.A method of transmitting energy wirelessly includes a method using electromagnetic induction (for example, a transformer or an electric motor) in which a current flowing in a receiving coil located near a transmitting coil is induced by a current flowing in the transmitting coil. A method using electromagnetic radiation in the form of waves (eg, microwaves) and a magnetic resonant coupling method for receiving energy using a resonance phenomenon with a non-radioactive electromagnetic field formed by power from a power source; There is this.

유선 전력 전송과 달리, 전력을 송신하는 송신 유닛(transmitting unit)과 전력을 수신하는 수신 유닛(receiving unit)이 서로 접촉하지 않는 무선 전력 전송 시스템에서의 전송 효율은 실제적으로 중요한 관심사 중 하나이다. 다시 말해, 송신 유닛으로부터 전송되는 전력의 상당 부분이 수신 유닛에 도달하는지 여부가 무선 전력 전송 시스템의 유용성을 가를 수 있다.Unlike wired power transmission, transmission efficiency in a wireless power transmission system in which a transmitting unit that transmits power and a receiving unit that receives power are not in contact with each other is one of practical concerns. In other words, whether a significant portion of the power transmitted from the transmitting unit reaches the receiving unit may determine the usefulness of the wireless power transfer system.

또한, 경우에 따라 하나의 송신 유닛으로써 다수의 수신 유닛을 충전할 필요가 있다. 예를 들어, 건물의 방 또는 일정 구역에는 여러 개의 전자제품이 놓일 수 있는데, 건물의 어떤 지점(방의 벽면 등)에 배치되거나 설치되는 하나의 송신 유닛으로써 이들을 충전하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 인체 내에 이식된 신경 보철 장치가 다수인 경우, 예컨대 인공 망막을 양안에 이식한 경우, 이들에게 하나의 송신 유닛을 이용해 전력을 공급하는 것이 편리하다.In addition, it is sometimes necessary to charge a plurality of receiving units with one transmitting unit. For example, several electronic appliances may be placed in a room or a certain area of a building, and it may be desirable to charge them with one transmission unit that is placed or installed at some point in the building (such as the wall of the room). In addition, when there are many neural prosthetic devices implanted in the human body, for example, when an artificial retina is implanted in both eyes, it is convenient to supply them with one transmission unit.

전자기 방사는 원거리 간의 무선 전력 전송에 이용될 수 있다. 다만, 전자기파가 무방향성으로 방사되면 일부 에너지만이 전송 목표로 삼는 수신 측에 도달하고 대부분의 에너지는 주위 공간으로 허비되어 버리며, 전송 효율을 보장하기 위해서는 안테나의 방향성을 향상시켜야 하는 번거러움이 있다. 또한, 방사되는 전자기파는 진행 거리가 늘어나면서 급격히 약해지는바, 단위시간당 충분한 에너지를 전송하기 위해서는 안테나의 규모가 커야 한다.Electromagnetic radiation can be used for wireless power transfer over long distances. However, when electromagnetic waves are radiated in a non-directional manner, only a part of energy reaches the receiving side, which is a transmission target, and most of the energy is wasted in the surrounding space. In order to guarantee transmission efficiency, there is a hassle to improve the directionality of the antenna. In addition, the radiated electromagnetic wave is rapidly weakened as the traveling distance increases, so that the size of the antenna must be large to transmit sufficient energy per unit time.

전자기 유도 방식은 송신 코일로부터 송신 코일에 근접하여 위치한 수신 코일로 에너지를 전송할 수 있게 한다. 다만, 송신 코일과 수신 코일이 상당히 가깝게 위치할 때(예컨대, 전송 신호의 파장 미만의 거리에 위치할 때)에 실용적인 효율을 얻을 수 있다. 이식된 신경 보철 장치에 전력을 전송하고자 하는 경우, 전력을 전송하기 위한 외부 코일과 신경 보철 장치 내에 포함된 내부 코일 간의 거리는 수 mm 이내로 유지해야 하므로, 외부 코일을 신경 보철 장치에 밀착시켜 장착시킬 필요가 있다. 이런 점에서, 하나의 송신 유닛으로 여러 수신 유닛에 전력을 공급하기 어려운 면이 있다.Electromagnetic induction allows for the transfer of energy from a transmitting coil to a receiving coil located proximate the transmitting coil. However, practical efficiency can be obtained when the transmitting coil and the receiving coil are located very close (for example, at a distance less than the wavelength of the transmission signal). In order to transmit power to the implanted neural prosthetic device, the distance between the external coil for transmitting power and the internal coil included in the neural prosthetic device must be kept within a few mm, so the external coil needs to be closely attached to the neural prosthetic device. There is. In this regard, it is difficult to supply power to several receiving units with one transmitting unit.

자기 공명을 이용하는 경우, 송신 코일과 수신 코일이 동일한 공진 주파수에 동조되도록 구성함으로써 송신 코일의 크기보다 수 배 정도의 거리에 위치한 수신 코일에도 상당량의 전력을 전송할 수 있다. 다만, 전송 효율의 관점에서 수신 코일의 위치나 자세가 대단히 민감한 요인인바, 수신 코일이 최적의 지점 내지 각도에서 약간만 벗어나더라도 전송 효율이 급격히 감소된다.In the case of using magnetic resonance, the transmitting coil and the receiving coil are configured to be tuned to the same resonant frequency, so that a considerable amount of power can be transmitted to the receiving coil located several times larger than the size of the transmitting coil. However, since the position or attitude of the receiving coil is very sensitive in terms of transmission efficiency, even if the receiving coil deviates only slightly from an optimal point or angle, the transmission efficiency is drastically reduced.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 인식한 것으로서, 두 개의 송신 코일부를 이용한 자기 공명 방식으로 무선 전력을 전송함으로써, 전력 전송을 위한 송신 유닛과 수신 유닛을 밀착시키지 않으면서도 높은 전송 효율을 보장하는 데에 그 목적이 있다.The present invention is to recognize the above problems, by transmitting the wireless power in a magnetic resonance method using two transmission coil unit, to ensure a high transmission efficiency without close contact between the transmission unit and the receiving unit for power transmission Has its purpose.

또한, 본 발명은 두 개의 송신 코일부의 배치를 통해 송신 유닛에 대한 수신 유닛의 거리나 각도에 따라 전송 효율이 급격히 변하지 않고 일정 수준 이상의 효율을 유지하는 데에 그 목적이 있다.  In addition, an object of the present invention is to maintain the efficiency above a certain level without rapidly changing the transmission efficiency according to the distance or angle of the receiving unit with respect to the transmitting unit through the arrangement of the two transmitting coil unit.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전원으로부터 공급받는 전력을 무선으로 수신 코일부에 전송하기 위한 제1 송신 코일부로서, 상기 전원과 전기적으로 연결되고 상기 전원으로부터 전력을 수신하는 제1 전력 코일 및 상기 제1 전력 코일과 자기적으로 연결되고 상기 제1 전력 코일에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하는 제1 송신 공진기를 구비하는 상기 제1 송신 코일과부와, 상기 제1 송신 코일부와 이격되어 위치하고 제2 송신 공진기를 구비하는 제2 송신 코일부를 포함하되, 상기 제1 송신 공진기 및 상기 제2 송신 공진기는 모두 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부에 전력을 전송할 수 있도록 구성되는 무선 전력 송신 장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, as a first transmitting coil unit for wirelessly transmitting power received from a power source to the receiving coil unit, is electrically connected to the power source and the power from the power source A first transmission coil wiper having a first power coil receiving a first transmission and a first transmission resonator magnetically connected to the first power coil and receiving at least some of the power received by the first power coil; And a second transmission coil part spaced apart from the first transmission coil part and having a second transmission resonator, wherein both the first transmission resonator and the second transmission resonator are received by resonance with the reception coil part. Provided is a wireless power transmitter configured to transmit power to a coil unit.

또한, 상기 제2 송신 코일부는 상기 전원과 전기적으로 연결되고 상기 전원으로부터 전력을 수신하는 제2 전력 코일을 더 포함하되, 상기 제2 송신 공진기는 상기 제2 전력 코일과 자기적으로 연결되고 상기 제2 전력 코일에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하는 무선 전력 송신 장치를 제공한다.The second transmitting coil unit may further include a second power coil electrically connected to the power source and receiving power from the power source, wherein the second transmission resonator is magnetically connected to the second power coil and the second power coil. Provided is a wireless power transmitter for receiving at least some of the power received by a two power coil.

또한, 상기 제1 송신 공진기 및 상기 제2 송신 공진기는 권수가 1보다 크고, 상기 제1 전력 코일 및 상기 제2 전력 코일은 권수가 1인 무선 전력 송신 장치를 제공한다.The first transmission resonator and the second transmission resonator may have a number of turns greater than 1, and the first power coil and the second power coil may have a number of turns.

또한, 상기 제1 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부는 상기 제1 송신 공진기와 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부로 전송되고, 상기 제2 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부는 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부로 전송되는 무선 전력 송신 장치를 제공한다.In addition, at least some of the power received by the first transmission resonator is transmitted to the reception coil unit by resonance of the first transmission resonator and the reception coil unit, and at least of the power received by the second transmission resonator. Some provide a wireless power transmission apparatus that is transmitted to the receiving coil unit by resonance with the receiving coil unit.

또한, 상기 제2 송신 공진기는 상기 제1 송신 공진기의 공진 주파수에서 공진하여 상기 제1 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하고, 상기 제2 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부는 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부로 전송되는 무선 전력 송신 장치를 제공한다.In addition, the second transmission resonator resonates at a resonance frequency of the first transmission resonator to receive at least a portion of power received by the first transmission resonator, and at least a portion of the power received by the second transmission resonator is Provided is a wireless power transmission apparatus that is transmitted to the receiving coil unit by resonance with the receiving coil unit.

또한, 상기 제1 송신 공진기와 상기 제2 송신 공진기 각각의 권선면의 중심을 통과하는 축에 대해 상기 제1 송신 공진기의 권선면과 상기 제2 송신 공진기의 권선면 중 적어도 하나는 직각에서 어긋나게 배치되는 무선 전력 송신 장치를 제공한다.In addition, at least one of the winding surface of the first transmission resonator and the winding surface of the second transmission resonator may be displaced at right angles with respect to an axis passing through the center of the winding surfaces of each of the first transmission resonator and the second transmission resonator. Provided is a wireless power transmission apparatus.

또한, 상기 전원으로부터의 전력을 제어하는 제어부 및 상기 전원을 구비하는 구동부를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치를 제공한다.The present invention also provides a wireless power transmitter further comprising a control unit for controlling power from the power source and a driving unit having the power source.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하나의 또는 다수의 수신 유닛 - 상기 하나의 또는 상기 다수의 각각의 수신 유닛은 무선으로 전력을 수신하기 위한 수신 코일부를 구비함 - 과, 전원으로부터 공급받는 전력을 무선으로 상기 수신 코일부에 전송하기 위한 제1 송신 코일부 및 상기 제1 송신 코일부와 이격되어 위치하는 제2 송신 코일부를 구비하는 송신 유닛을 포함하되, 상기 제1 송신 코일부는 상기 전원과 전기적으로 연결되고 상기 전원으로부터 전력을 수신하는 제1 전력 코일 및 상기 제1 전력 코일과 자기적으로 연결되고 상기 제1 전력 코일에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하는 제1 송신 공진기를 구비하고, 상기 제2 송신 코일부는 제2 송신 공진기를 구비하며, 상기 제1 송신 공진기 및 상기 제2 송신 공진기는 모두 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부에 전력을 전송할 수 있도록 구성되는 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.According to another embodiment of the invention, one or a plurality of receiving units, each of the one or the plurality of receiving units having a receiving coil section for wirelessly receiving power, and power supplied from a power source And a transmitting unit having a first transmitting coil unit for transmitting the wireless unit to the receiving coil unit wirelessly and a second transmitting coil unit spaced apart from the first transmitting coil unit, wherein the first transmitting coil unit is the power source. A first power coil electrically connected to and receiving power from the power source, and a first transmit resonator magnetically connected to the first power coil and receiving at least some of the power received by the first power coil. The second transmission coil unit includes a second transmission resonator, and both the first transmission resonator and the second transmission resonator are connected to the reception coil unit. Provided is a wireless power transmission system configured to transmit power to the receiving coil unit by resonance.

또한, 상기 수신 코일부는 상기 제1 송신 공진기 및 상기 제2 송신 공진기와의 공진에 의해 전송되는 전력을 수신하는 수신 공진기를 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.In addition, the receiving coil unit provides a wireless power transmission system including a receiving resonator for receiving power transmitted by the resonance with the first transmission resonator and the second transmission resonator.

또한, 상기 수신 코일부는 상기 수신 공진기와 자기적으로 연결되고 상기 수신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하는 부하 코일을 더 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.The receiving coil unit may further include a load coil magnetically connected to the receiving resonator and receiving at least some of the power received by the receiving resonator.

또한, 상기 수신 공진기는 권수가 1보다 크고, 상기 부하 코일은 권수가 1인 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.In addition, the receiving resonator provides a wireless power transmission system in which the number of turns is greater than one, and the load coil has a number of turns.

또한, 상기 하나의 또는 상기 다수의 각각의 수신 유닛은 상기 부하 코일에 의해 수신된 전력이 전달되는 부하 회로를 더 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.In addition, the one or more of each of the plurality of receiving units provides a wireless power transfer system further comprising a load circuit to which power received by the load coil is transferred.

또한, 상기 하나의 또는 상기 다수의 각각의 수신 유닛은 인체 또는 동물 내에 삽입되거나 인체 또는 동물에 장착된 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.In addition, the one or the plurality of respective receiving units provide a wireless power transfer system inserted into or mounted to a human body or animal.

또한, 상기 제2 송신 코일부는 상기 전원과 전기적으로 연결되고 상기 전원으로부터 전력을 수신하는 제2 전력 코일을 더 포함하되, 상기 제2 송신 공진기는 상기 제2 전력 코일과 자기적으로 연결되고 상기 제2 전력 코일에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하는 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.The second transmitting coil unit may further include a second power coil electrically connected to the power source and receiving power from the power source, wherein the second transmission resonator is magnetically connected to the second power coil and the second power coil. A wireless power transfer system is provided that receives at least some of the power received by a two power coil.

또한, 상기 제1 송신 공진기 및 상기 제2 송신 공진기는 권수가 1보다 크고, 상기 제1 전력 코일 및 상기 제2 전력 코일은 권수가 1인 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.The first transmission resonator and the second transmission resonator may have a number of turns greater than 1, and the first power coil and the second power coil may have a number of turns.

또한, 상기 제1 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부는 상기 제1 송신 공진기와 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부로 전송되고, 상기 제2 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부는 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부로 전송되는 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.In addition, at least some of the power received by the first transmission resonator is transmitted to the reception coil unit by resonance of the first transmission resonator and the reception coil unit, and at least of the power received by the second transmission resonator. Some provide a wireless power transmission system that is transmitted to the receiving coil unit by resonance with the receiving coil unit.

또한, 상기 제2 송신 공진기는 상기 제1 송신 공진기의 공진 주파수에서 공진하여 상기 제1 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하고, 상기 제2 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부는 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부로 전송되는 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.In addition, the second transmission resonator resonates at a resonance frequency of the first transmission resonator to receive at least a portion of power received by the first transmission resonator, and at least a portion of the power received by the second transmission resonator is Provided is a wireless power transmission system that is transmitted to the receiving coil unit by resonance with the receiving coil unit.

또한, 상기 제1 송신 공진기와 상기 제2 송신 공진기 각각의 권선면의 중심을 통과하는 축에 대해 상기 제1 송신 공진기의 권선면과 상기 제2 송신 공진기의 권선면 중 적어도 하나는 직각에서 어긋나게 배치되는 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.In addition, at least one of the winding surface of the first transmission resonator and the winding surface of the second transmission resonator may be displaced at right angles with respect to an axis passing through the center of the winding surfaces of each of the first transmission resonator and the second transmission resonator. Provided is a wireless power transmission system.

또한, 상기 전원으로부터의 전력을 제어하는 제어부 및 상기 전원을 구비하는 구동부를 더 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 제공한다.The present invention also provides a wireless power transmission system including a control unit for controlling power from the power source and a driving unit having the power source.

본 발명의 여러 실시예들에 따른 구체적인 사항들은 이하의 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific matters according to various embodiments of the present invention are included in the following detailed description and drawings.

본 발명의 실시예에 따르면, 무선 전력 전송을 위해 두 개의 송신 코일부의 배치를 이용함으로써, 높은 전송 효율을 보장하고 송신 유닛에 대한 수신 유닛의 거리나 각도가 변하는 경우에도 일정 수준 이상의 효율을 유지할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, by using the arrangement of the two transmitting coil unit for wireless power transmission, high transmission efficiency is ensured, and even if the distance or angle of the receiving unit with respect to the transmitting unit is changed to maintain a certain level or more It can be effective.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 송신 코일부와 수신 코일부의 배치를 도식화한 상면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 송신 코일부에 대한 수신 코일부의 거리 및 중심축에 대한 수신 코일부의 각도에 따른 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 듀얼 송신 코일부의 배치와 중심축에 대한 수신 코일부의 각도에 따른 전송 효율의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 인공 망막을 충전하는 시스템을 간략히 도시한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
2 is a top view illustrating the arrangement of the dual transmitting coil unit and the receiving coil unit according to the exemplary embodiment of the present invention.
3A and 3B are graphs illustrating power transmission efficiency according to a distance between a receiving coil unit with respect to a transmitting coil unit and an angle of a receiving coil unit with respect to a central axis in the wireless power transmission system according to an exemplary embodiment of the present invention.
4A and 4B are graphs illustrating a relationship between transmission efficiency according to an arrangement of dual transmission coil parts and an angle of a reception coil part with respect to a central axis in a wireless power transmission system according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a simplified view of a system for filling an artificial retina according to an embodiment of the present invention.

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 수 있으며, 실시예들은 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.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. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. It is provided to fully inform the scope of the invention, and the invention is defined only by the scope of the claims. In addition, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention;

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(100)은 송신 유닛(110) 및 수신 유닛(120)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the wireless power transfer system 100 includes a transmitting unit 110 and a receiving unit 120.

송신 유닛(110)은 수신 유닛(120)에 무선으로 전력을 전송하기 위한 듀얼 송신 코일부(dual transmitter coil unit)(130)와 듀얼 송신 코일부(130)에 전원을 공급하고 이를 구동하는 구동부(140)를 포함한다. 구동부(140)는 전원(141)(예를 들어, 2.5MHz의 동작 주파수를 갖는 클래스 E 앰프)을 포함하고, 비록 도시되지는 않았으나 전원(141)으로부터의 전력을 제어하여 듀얼 송신 코일부(130)에 의해 생성되는 자기장을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The transmission unit 110 supplies a dual transmitter coil unit 130 and a dual transmission coil unit 130 for transmitting power wirelessly to the reception unit 120 and a driving unit for driving the dual transmission coil unit 130. 140). The driver 140 includes a power source 141 (eg, a class E amplifier having an operating frequency of 2.5 MHz), and although not shown, the dual transmission coil unit 130 controls power from the power source 141. It may further include a control unit for adjusting the magnetic field generated by the).

수신 유닛(120)은 송신 유닛(110)으로부터 무선으로 전송되는 전력을 수신하기 위한 수신 코일부(121)를 포함하며, 수신 코일부(121)에 의해 듀얼 송신 코일부(130)로부터 수신된 전력은 수신 유닛(120)에 포함된 부하 회로(128)에 전달된다. 또한, 도 1의 무선 전력 전송 시스템(100)은 하나의 수신 유닛(120)을 포함하는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 다수의 수신 유닛이 무선 전력 전송 시스템(100)에 포함될 수 있다.The receiving unit 120 includes a receiving coil unit 121 for receiving the power transmitted wirelessly from the transmitting unit 110, and the power received from the dual transmitting coil unit 130 by the receiving coil unit 121. Is transmitted to the load circuit 128 included in the receiving unit 120. In addition, although the wireless power transmission system 100 of FIG. 1 is illustrated as including one receiving unit 120, in another embodiment of the present invention, a plurality of receiving units may be included in the wireless power transmission system 100. .

듀얼 송신 코일부(130)는 두 개의 송신 코일부, 즉 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132)로 구성된다. 일 실시예에서, 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132)는 일정한 간격을 두고 이격되며, 이 간격에 따라 전원(141)으로부터 공급되는 전력에 의해 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부 사이에 생성되는 자기장의 특성이 달라진다. 예컨대, 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부 사이의 특정 지점에서 자기장의 균일성을 소정의 수준으로 확보할 수 있을 정도로 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132)를 이격시킬 수 있다. 이와 같은 듀얼 송신 코일부(130)는 실시예에 따라서는 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil) 또는 이와 유사한 형태의 코일일 수 있다.The dual transmitting coil unit 130 is composed of two transmitting coil units, that is, the first transmitting coil unit 131 and the second transmitting coil unit 132. In one embodiment, the first transmitting coil unit 131 and the second transmitting coil unit 132 are spaced apart at regular intervals, the first transmitting coil unit ( The characteristics of the magnetic field generated between the 131 and the second transmitting coil unit are different. For example, at a specific point between the first transmitting coil unit 131 and the second transmitting coil unit, the first transmitting coil unit 131 and the second transmitting coil unit ( 132 may be spaced apart. The dual transmission coil unit 130 may be, for example, a Helmholtz coil or a coil of a similar type.

나아가, 전술한 바와 같이 구동부(140)를 통해 전원(141)으로부터 전력이 듀얼 송신 코일부(130)에 전달되는바, 제1 송신 코일부(131) 및 제2 송신 코일부(132) 모두 전원(141)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 달리, 제1 송신 코일부(131) 또는 제2 송신 코일부(132) 중 어느 하나만이 전원(141)과 전기적으로 연결되도록 송신 유닛(110)이 구성될 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 적어도 제1 송신 코일부(131)는 전원(141)에 연결되어 있다고 가정한다.Furthermore, as described above, power is transferred from the power supply 141 to the dual transmission coil unit 130 through the driving unit 140, so that both the first transmission coil unit 131 and the second transmission coil unit 132 are powered. 141 may be electrically connected. Alternatively, the transmitting unit 110 may be configured such that only one of the first transmitting coil unit 131 or the second transmitting coil unit 132 is electrically connected to the power source 141. Hereinafter, for convenience of explanation, it is assumed that at least the first transmitting coil unit 131 is connected to the power source 141.

계속해서 도 1을 참조하면, 제1 송신 코일부(131)는 제1 전력 코일(133)과 제1 송신 공진기(134)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 전력 코일(133)은 전원(141)과 전기적으로 연결되며, 제1 송신 공진기(134)는 제1 전력 코일(133)과 접촉되지 않도록 배치된다. 제1 전력 코일(133)은 권선 수가 1인 루프(loop)일 수 있고, 제1 송신 공진기(134)는 나선형의 멀티 턴(multi-turn) 코일일 수 있다. 그러나, 제1 전력 코일(133)과 제1 송신 공진기(134)의 권선 수가 반드시 위와 같이 한정되어야만 하는 것은 아니다. 또한, 제1 송신 공진기(134)는 하나의 층에 하나의 코일이 존재하는 구성일 수도 있고, 하나의 층에 다수의 코일(예컨대, 다수의 멀티 턴 코일)이 존재하는 구성일 수도 있으며, 여러 코일이 다수의 층 구조로 구성될 수도 있다.1, the first transmission coil unit 131 may include a first power coil 133 and a first transmission resonator 134. Here, the first power coil 133 is electrically connected to the power source 141, and the first transmission resonator 134 is disposed not to be in contact with the first power coil 133. The first power coil 133 may be a loop having a winding number of 1 and the first transmission resonator 134 may be a spiral multi-turn coil. However, the number of windings of the first power coil 133 and the first transmission resonator 134 is not necessarily limited as described above. In addition, the first transmission resonator 134 may have a configuration in which one coil exists in one layer, or may include a configuration in which a plurality of coils (for example, a plurality of multi-turn coils) exist in one layer. The coil may be composed of multiple layer structures.

마찬가지로, 제2 송신 코일부(132)는 전원(141)과 전기적으로 연결된 제2 전력 코일(135) 및 제2 전력 코일(135)과 접촉되지 않도록 배치된 제2 송신 공진기(136)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 전력 코일(135)과 제2 송신 공진기(136)는 각각 싱글 턴(single-turn) 루프 및 멀티 턴 코일일 수 있다. 그러나, 제2 전력 코일(135)과 제2 송신 공진기(136)의 권선 수가 반드시 위와 같이 한정되어야만 하는 것은 아니다. 또한, 제2 송신 공진기(136)도 제1 송신 공진기(134)와 마찬가지로 소정의 개수의 층에 소정의 개수의 코일이 존재하도록 구성될 수 있다. 다만, 일 실시예에서, 제1 송신 코일부(131)만 전원(141)에 전기적으로 연결하고자 하는 경우에는 제2 송신 코일부(132)에 제2 전력 코일(135)이 포함되지 않을 수도 있다.Similarly, the second transmission coil unit 132 may include a second power coil 135 electrically connected to the power source 141 and a second transmission resonator 136 disposed not to contact the second power coil 135. Can be. Here, the second power coil 135 and the second transmission resonator 136 may be a single-turn loop and a multi-turn coil, respectively. However, the number of windings of the second power coil 135 and the second transmission resonator 136 is not necessarily limited as described above. Also, like the first transmission resonator 134, the second transmission resonator 136 may be configured such that a predetermined number of coils exist in a predetermined number of layers. However, in one embodiment, when only the first transmission coil unit 131 is to be electrically connected to the power source 141, the second power coil 135 may not be included in the second transmission coil unit 132. .

한편, 수신 코일부(121)는 서로 접촉되지 않도록 배치된 부하 코일(123) 및 수신 공진기(124)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 수신 공진기(124)는 멀티 턴 코일일 수 있고, 부하 코일(123)은 싱글 턴 루프일 수 있다. 또한, 수신 공진기(124)도 송신 공진기(134, 136)와 마찬가지로 소정의 개수의 층에 소정의 개수의 코일이 존재하도록 구성될 수 있다. 그러나, 부하 코일(123)과 수신 공진기(124)의 권선 수가 반드시 위와 같이 한정되어야만 하는 것은 아니다On the other hand, the receiving coil unit 121 may include a load coil 123 and the receiving resonator 124 disposed so as not to contact each other. In one embodiment, receive resonator 124 may be a multi turn coil and load coil 123 may be a single turn loop. In addition, similar to the transmission resonators 134 and 136, the reception resonator 124 may be configured such that a predetermined number of coils exist in a predetermined number of layers. However, the number of windings of the load coil 123 and the receiving resonator 124 is not necessarily limited as described above.

일 실시예에 따르면, 무선 전력 전송 시스템(100)에서 송신 유닛(110)으로부터 수신 유닛(120)으로 전력이 전송되는 과정은 개략적으로 다음과 같다.According to one embodiment, the process of transmitting power from the transmitting unit 110 to the receiving unit 120 in the wireless power transmission system 100 is schematically as follows.

우선, 송신 유닛(110) 측에서 전원(141)으로부터 제1 전력 코일(133)에 AC 전력이 공급되면, 제1 전력 코일(133) 주위에 자기장이 생성된다. 이로 인해 개방 상태인 제1 공진기(134)가 제1 전력 코일(133)과 자기적으로 연결되어 에너지를 저장하게 된다. 여기서, 제1 송신 공진기(134)가 위 자기장에 의해 충분히 여기될 정도로 제1 전력 코일(133)과 제1 송신 공진기(134)는 근접하여 배치되어 있다. 한편, 제2 전력 코일(135)도 전원(141)과 전기적으로 연결된 경우라면, 제2 전력 코일(135)에 공급된 전력은 위와 마찬가지로 제2 전력 코일(135) 가까이에 위치한 제2 송신 공진기(136)를 여기시켜 에너지를 저장하도록 한다. 이때, 제1 송신 공진기(134)와 제2 송신 공진기(136)의 공진 주파수는 동일하도록 설정될 수 있다.First, when AC power is supplied from the power supply 141 to the first power coil 133 on the transmission unit 110 side, a magnetic field is generated around the first power coil 133. As a result, the first resonator 134 in an open state is magnetically connected to the first power coil 133 to store energy. Here, the first power coil 133 and the first transmission resonator 134 are disposed so close that the first transmission resonator 134 is sufficiently excited by the above magnetic field. On the other hand, if the second power coil 135 is also electrically connected to the power source 141, the power supplied to the second power coil 135 is a second transmission resonator (located near the second power coil 135 as described above) 136) to store energy. In this case, the resonant frequencies of the first transmission resonator 134 and the second transmission resonator 136 may be set to be the same.

다음으로, 제1 송신 공진기(134)로 전송된 전력은 제1 송신 공진기와 동일한 공진 주파수로 동조된 수신 공진기(124)로 공진에 의해 전달된다. 전원(141)에 제2 전력 코일(135)이 연결된 경우에는 제2 송신 공진기(136)에 전송된 전력도 마찬가지로 수신 공진기(124)에 의해 흡수될 수 있다. 전원(141)에 제2 전력 코일(135)이 연결되지 않은 경우에는 제2 송신 공진기(136)는 일종의 수동 소자(passive element)로서 제1 송신 공진기(134)에 따른 공진 주파수에서 공진하여 전력을 수신하고 이는 다시 그 주파수에 동조된 수신 공진기(124)로 전달될 수 있다. (송신 코일부(131, 132)와 수신 코일부(121)에 대한 공진 주파수는 커패시터를 이용하여 실질적으로 동일하게 튜닝할 수 있다.)Next, the power transmitted to the first transmission resonator 134 is transferred by resonance to the reception resonator 124 tuned to the same resonance frequency as the first transmission resonator 134. When the second power coil 135 is connected to the power source 141, the power transmitted to the second transmission resonator 136 may be absorbed by the reception resonator 124 as well. When the second power coil 135 is not connected to the power source 141, the second transmission resonator 136 is a passive element and passively resonates at a resonance frequency according to the first transmission resonator 134 to generate power. Receive and it may be passed back to receive resonator 124 tuned to that frequency. (The resonant frequencies of the transmitting coil parts 131 and 132 and the receiving coil part 121 can be tuned substantially the same using a capacitor.)

수신 공진기(124)가 수신한 전력은 수신 공진기(124)와 자기적으로 연결된 부하 코일(123)로 전송되고, 이는 결국 부하 코일(123)을 통해 수신 유닛(120)에 포함된 부하 회로(128)(예컨대, 정류 회로)에 공급된다.The power received by the reception resonator 124 is transmitted to the load coil 123 magnetically connected to the reception resonator 124, which in turn loads the load circuit 128 included in the reception unit 120 through the load coil 123. (E.g., rectifier circuit).

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 송신 코일부와 수신 코일부의 배치를 도식화한 상면도이다. 여기서, 중심축(200)은 점선으로 도시된 제1 송신 코일부(131)의 제1 송신 공진기(134)의 권선면과 점선으로 도시된 제2 송신 코일부(132)의 제2 송신 공진기의 권선면(전원에 의해 각 송신 공진기를 통과하는 자속이 생성되면, 생성된 자속의 대부분이 그 권선면을 통과하게 됨)의 중심을 통과하는 축으로 가정된 것이다. 도 2를 참조하면, 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132)는 각각 중심축(200)에 대해 제1 송신 공진기(134)의 권선면과 제2 송신 공진기(136)의 권선면이 점선으로 도시된 바와 같이 직각으로 놓이게 배치될 수도 있고, 실선으로 도시된 바와 같이 일정한 각도로 직각에서 벗어나게 배치될 수도 있다. (즉, 제1 송신 공진기(134)과 제2 송신 공진기(136)의 권선면은 서로 평행할 수도 있고 서로 엇갈리게 될 수도 있다.) 이러한 배치를 위해, 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132) 간의 상대적인 각도 내지 각각의 뒤틀림의 정도가 바뀌면 두 송신 코일부(131, 132) 근방에 형성되는 자기장도 달라지며, 수신 코일부(121)에서의 전송 효율도 그에 따라 달라질 수 있다. 수신 코일부(121)의 수신 공진기(124)의 권선면 역시 그 법선이 중심축(200) 상에 있을 수도 있고 중심축(200)과 일치하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 수신 코일부(121)가 포함된 수신 유닛(120)이 이동체에 장착된 경우에는 중심축과 임의의 각도(210)로 수신 코일부(121)가 놓일 수 있다. 한편, 수신 코일부(121)와 듀얼 송신 코일부(130)와의 거리도 임의의 값이 될 수 있다. 도 2에서는 수신 코일부(121)가 제1 송신 코일부(131)로부터 R만큼, 제2 송신 코일부(132)로부터 D-R만큼 떨어진 거리에 위치한 것으로 도시되어 있다.2 is a top view illustrating the arrangement of the dual transmitting coil unit and the receiving coil unit according to the exemplary embodiment of the present invention. Here, the central axis 200 is the winding surface of the first transmission resonator 134 of the first transmission coil unit 131 shown by the dotted line and the second transmission resonator of the second transmission coil unit 132 shown by the dotted line. It is assumed that the axis passes through the center of the winding surface (if a magnetic flux passing through each transmission resonator is generated by the power source, most of the generated magnetic flux passes through the winding surface). Referring to FIG. 2, the first transmitting coil unit 131 and the second transmitting coil unit 132 each have a winding surface of the first transmission resonator 134 and a second transmission resonator 136 with respect to the central axis 200. The winding surface of may be disposed at right angles as shown by the dotted line, or may be disposed away from the right angle at a constant angle as shown by the solid line. (Ie, the winding surfaces of the first transmission resonator 134 and the second transmission resonator 136 may be parallel to each other or may be staggered with each other.) For this arrangement, the first transmission coil portion 131 and the second If the relative angle between the transmitting coil unit 132 or the degree of each distortion is changed, the magnetic field formed near the two transmitting coil units 131 and 132 also varies, and the transmission efficiency in the receiving coil unit 121 may also vary accordingly. have. The winding surface of the reception resonator 124 of the reception coil unit 121 may also have a normal line on the central axis 200 or may not coincide with the central axis 200. For example, when the receiving unit 120 including the receiving coil unit 121 is mounted on the moving body, the receiving coil unit 121 may be placed at an angle 210 with the central axis. Meanwhile, the distance between the receiving coil unit 121 and the dual transmitting coil unit 130 may also be an arbitrary value. In FIG. 2, the receiving coil unit 121 is positioned at a distance separated by R from the first transmitting coil unit 131 and D-R from the second transmitting coil unit 132.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 송신 코일부에 대한 수신 코일부의 거리 및 중심축에 대한 수신 코일부의 각도에 따른 전력 전송 효율을 나타낸 그래프이다.3A and 3B are graphs illustrating power transmission efficiency according to a distance between a receiving coil unit with respect to a transmitting coil unit and an angle of a receiving coil unit with respect to a central axis in the wireless power transmission system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3a에 도시된 바로부터, 듀얼 송신 코일부(130)를 포함한 무선 전력 전송 시스템(100)의 전송 효율은 수신 코일부(121)의 위치, 예컨대 제1 송신 코일부(131)와 수신 코일부(121)의 거리가 변하더라도 하나의 송신 코일부만을 채택한 시스템에 비해 더 높게 유지되며 그 변화량도 급격하지 않다는 점을 알 수 있다.As shown in FIG. 3A, the transmission efficiency of the wireless power transmission system 100 including the dual transmission coil unit 130 is located at the position of the reception coil unit 121, for example, the first transmission coil unit 131 and the reception coil unit. Even if the distance of 121 is changed, it can be seen that it is maintained higher than the system employing only one transmitting coil unit and that the amount of change is not rapid.

또한, 도 3b에 나타난 바와 같이, 중심축에 대한 수신 코일부(121)의 각도(210)가 변하더라도 듀얼 송신 코일부(130)를 포함한 무선 전력 전송 시스템(100)이 하나의 송신 코일부만을 이용한 시스템보다 더 효율적이다.In addition, as shown in FIG. 3B, even if the angle 210 of the receiving coil unit 121 with respect to the central axis is changed, the wireless power transmission system 100 including the dual transmitting coil unit 130 has only one transmitting coil unit. More efficient than the system used.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 듀얼 송신 코일부의 배치와 중심축에 대한 수신 코일부의 각도에 따른 전송 효율의 관계를 보여주는 그래프이다.4A and 4B are graphs illustrating a relationship between transmission efficiency according to an arrangement of dual transmission coil parts and an angle of a reception coil part with respect to a central axis in a wireless power transmission system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4a는 앞서 설명한 바와 같이 무선 전력 전송 시스템(100)의 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132)를 나란히 배치한 경우(가령, 제1 송신 공진기(134)과 제2 송신 공진기(136)의 권선면이 서로 평행한 경우), 수신 코일부(121)의 각도(210)에 따라 수신 코일부(121)의 수신 공진기(124)의 권선면을 통과하는 자속(flux)을 도시한다. 도 4b는 앞서 설명한 바와 같이 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132)가 상대적으로 소정의 각도로 엇갈리게 배치한 경우(가령, 제1 송신 공진기(134)과 제2 송신 공진기(136)의 권선면이 서로 엇갈리게 된 경우), 수신 코일부(121)의 각도(210)에 대해 수신 코일부(121)의 수신 공진기(124)의 권선면을 통과하는 자속을 나타낸다. 도 4a와 도 4b를 비교하면, 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132)가 엇갈리도록 배치된 경우, 수신 코일부(121)의 각도(210)가 60도 이상이더라도 일정 수준 이상의 자속이 수신 코일부(121)의 수신 공진기(124)의 권선면을 통과한다는 점을 알 수 있다. 다른 측면에서 보면, 수신 코일부(121)의 각도(210)에 대하여, 각도(210) 중 적어도 일부 범위에서 자속의 변화가 심하지 않다. 이와 같이, 무선 전력 전송 시스템(100)은 수신 코일부(121)의 각도(210)에 민감하게 전송 효율이 변화하지 않는 전력 전송이 가능하다.4A illustrates a case in which the first transmission coil unit 131 and the second transmission coil unit 132 of the wireless power transmission system 100 are arranged side by side (for example, the first transmission resonator 134 and the second). Fluxes passing through the winding surface of the receiving resonator 124 of the receiving coil unit 121 according to the angle 210 of the receiving coil unit 121 when the winding surfaces of the transmitting resonator 136 are parallel to each other). To show. 4B illustrates a case where the first transmission coil unit 131 and the second transmission coil unit 132 are alternately disposed at a predetermined angle as described above (for example, the first transmission resonator 134 and the second transmission resonator). When the winding faces of 136 are crossed with each other), the magnetic flux passing through the winding face of the receiving resonator 124 of the receiving coil part 121 with respect to the angle 210 of the receiving coil part 121 is shown. 4A and 4B, when the first transmitting coil unit 131 and the second transmitting coil unit 132 are arranged to be staggered, even if the angle 210 of the receiving coil unit 121 is 60 degrees or more, the constant is constant. It can be seen that the magnetic flux above the level passes through the winding surface of the reception resonator 124 of the reception coil unit 121. In another aspect, the magnetic flux is not severely changed at least in part of the angle 210 with respect to the angle 210 of the receiving coil unit 121. As such, the wireless power transmission system 100 may transmit power in which transmission efficiency does not change sensitively to the angle 210 of the receiving coil unit 121.

본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(100)은 다양한 비접촉 충전 시스템을 구성하는 데 이용될 수 있다.The wireless power transfer system 100 according to an embodiment of the present invention may be used to configure various contactless charging systems.

예컨대, 인공망막, 심뇌자극기, 또는 인공달팽이관 등 인체 내에 이식되는 신경 보철 장치는 자극 신호를 생성하는 전자 모듈을 포함하는데, 이러한 전자 모듈에 전력을 공급하는 데 유선 전송 방식은 현실적으로 곤란하고 배터리로 구동시키는 방식은 배터리를 빈번히 교환하여야 하는 불편함이 있다. 이와 대비되어, 신경 보철 장치에 수신 유닛(120)을 포함시키고 인체 외부에 송신 유닛(110)을 착용하도록 한다면, 듀얼 송신 코일부(130)로부터 수신 코일부(121)로의 무선 전력 전송을 통해 신경 보철 장치 내의 전자 모듈과 같은 부하 회로(128)에 전력이 공급될 수 있다. (한편, 인체 내부에 삽입되는 수신 유닛(120)은 생체에 무해하고 밀봉하기 용이한 액정 폴리머(Liquid Crystal Polymer, LCP)로 패키징될 수 있다.) 더욱이, 무선 전력 전송 시스템(100)이 자기 공명을 이용한다는 점을 고려할 때, 전자기 유도 방식처럼 송신 유닛(110)과 수신 유닛(120)을 밀접시켜야 할 필요가 없게 된다. 따라서, 도 5를 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(100)은 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132) 중 하나가 그 내부 또는 표면에 배치된 목걸이 및 다른 하나가 그 내부 또는 표면에 배치된 모자 또는 헤어밴드를 착용하고, 이로써 인공 망막 내의 수신 코일부(121)를 충전하는 형태가 될 수 있다. 이러한 무선 전력 전송 시스템(100)은 전술한 특징으로 인해 안정적인 전력 공급이 가능하다. 여기서, 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132) 모두에 전원(141)을 연결하는 대신 어느 한쪽에만 전원(141)을 연결하는 형태를 취할 수 있으며, 이 때에도 하나의 송신 코일부만을 이용하는 것보다는 높은 전송 효율을 얻을 수 있다.For example, neural prosthetic devices implanted into the human body, such as artificial retinas, cardiac brain stimulators, or artificial snail tubes, include electronic modules that generate stimulus signals. Wired transmission is practically difficult and battery-powered to power these electronic modules. The way to make it is inconvenient to replace the battery frequently. In contrast, if the neural prosthetic device includes the receiving unit 120 and the transmitting unit 110 is worn outside the human body, the nerve is transmitted through the wireless power transmission from the dual transmitting coil unit 130 to the receiving coil unit 121. Power may be supplied to a load circuit 128 such as an electronic module in the prosthetic device. (On the other hand, the receiving unit 120 inserted into the human body may be packaged with liquid crystal polymer (LCP), which is harmless to the living body and easy to seal.) Furthermore, the wireless power transmission system 100 may be magnetic resonance. In consideration of the use of, the transmission unit 110 and the receiving unit 120 do not need to be in close contact as in the electromagnetic induction scheme. Therefore, referring to FIG. 5, the wireless power transmission system 100 includes a necklace in which one of the first transmission coil unit 131 and the second transmission coil unit 132 is disposed on or on the surface thereof, and the other is inside thereof. Alternatively, a hat or a headband disposed on the surface may be worn, thereby filling the receiving coil part 121 in the artificial retina. The wireless power transmission system 100 can provide a stable power supply due to the above-described features. Here, instead of connecting the power source 141 to both the first transmitting coil unit 131 and the second transmitting coil unit 132, it is possible to take the form of connecting the power source 141 to only one side, and at this time, one transmission It is possible to obtain high transmission efficiency rather than using only the coil part.

다른 예로서, 전자 디바이스를 피실험 개체(예컨대, 동물)에 삽입 내지 이식한 후 실험용 케이지 내에서 피실험 개체를 관찰하는 실험을 행하는 경우, 피실험 개체 내부의 전자 디바이스를 충전하기 위해 실험용 케이지의 대향하는 양 측면에 대하여 각각 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132)가 그 위에 또는 그 내부에 배치되는 방식으로 송신 유닛(130)이 구성될 수 있다. 전자 디바이스가 수신 유닛(120)을 포함한다면, 앞서 예시한 충전 시스템과 마찬가지로 전자 디바이스를 효율적으로 충전할 수 있다. 특히, 피실험 개체 당 하나의 외부 전력 전송 모듈을 장착시킬 필요가 없으므로, 하나의 외부 모듈로 다수의 개체에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 피실험 개체가 임의로 위치로 이동하거나 임의의 자세를 취하더라도 일정 수준 이상의 전력을 안정적으로 공급할 수 있다. 더욱이, 피실험 개체 내부의 디바이스에 전력을 전송하기 위한 외부 모듈을 피실험 개체에 밀착시킬 필요가 없으므로, 피실험 개체의 움직임으로 인한 외부 모듈의 고장을 방지할 수 있다. As another example, when an experiment is performed in which an electronic device is inserted or implanted into a test subject (eg, an animal), and then the subject is observed in the test cage, the experiment is performed to charge the electronic device inside the test subject. The transmitting unit 130 may be configured in such a manner that the first transmitting coil portion 131 and the second transmitting coil portion 132 are disposed on or in the opposing side surfaces, respectively. If the electronic device includes the receiving unit 120, the electronic device can be efficiently charged like the charging system illustrated above. In particular, since it is not necessary to mount one external power transmission module per object under test, one external module can supply power to a plurality of objects. In addition, even if the test subject moves to a random position or takes an arbitrary posture, it is possible to stably supply power of a predetermined level or more. Furthermore, since the external module for transmitting power to the device inside the object under test does not need to be in close contact with the object under test, a failure of the external module due to the movement of the object under test can be prevented.

또 다른 예로서, 일반적인 전자 제품(휴대용 기기, 가전 제품 등)을 충전하기 위해, 책꽂이 형태로 된 장치의 마주보는 양 측면에 대하여 각각 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132)를 그 위에 또는 그 내부에 배치하거나 마주보는 벽과 벽에 대하여 각 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132)를 그 위에 또는 그 내부에 배치하여 송신 유닛(130)을 구성할 수 있다. 수신 유닛(120)을 포함하는 전자 제품이 제1 송신 코일부(131)와 제2 송신 코일부(132) 주위에 생성된 자기장 내에 놓이면 전력을 공급받을 수 있고, 전송 효율도 그 위치나 자세에 따라 큰 차이가 나는 것도 아니므로 편리하게 전자 제품을 충전할 수 있다.As another example, in order to charge general electronic products (portable devices, home appliances, etc.), the first transmitting coil unit 131 and the second transmitting coil unit 132 are respectively provided on opposite sides of the bookshelf-type device. ) Or the first transmitting coil portion 131 and the second transmitting coil portion 132 on or inside the walls and the walls facing or facing the transmission unit 130. Can be configured. When the electronic product including the receiving unit 120 is placed in the magnetic field generated around the first transmitting coil unit 131 and the second transmitting coil unit 132, power can be supplied, and the transmission efficiency is also determined at the position or posture. It doesn't make a big difference, so you can conveniently charge your electronics.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 다양한 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것으로 이해해서는 안 된다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may be embodied in various other forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. I can understand that. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should not be understood as limiting.

100: 무선 전력 전송 시스템
110: 송신 유닛
120: 수신 유닛
121: 수신 코일부
123: 부하 코일
124: 수신 공진기
128: 부하 회로
130: 듀얼 송신 코일부
131: 제1 송신 코일부
132: 제2 송신 코일부
133: 제1 전력 코일
134: 제1 송신 공진기
135: 제2 전력 코일
136: 제2 송신 공진기
140: 구동부
141: 전원
200: 중심축
210: 각도 (Θ)
100: wireless power transmission system
110: transmission unit
120: receiving unit
121: receiving coil unit
123: load coil
124: receiving resonator
128: load circuit
130: dual transmission coil unit
131: first transmitting coil unit
132: second transmitting coil unit
133: first power coil
134: first transmission resonator
135: second power coil
136: second transmission resonator
140: drive unit
141: power
200: central axis
210: angle (Θ)

Claims (19)

전원으로부터 공급받는 전력을 무선으로 수신 코일부에 전송하기 위한 제1 송신 코일부로서, 상기 전원과 전기적으로 연결되고 상기 전원으로부터 전력을 수신하는 제1 전력 코일 및 상기 제1 전력 코일과 자기적으로 연결되고 상기 제1 전력 코일에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하는 제1 송신 공진기를 구비하는 상기 제1 송신 코일부와,
상기 제1 송신 코일부와 이격되어 위치하고 제2 송신 공진기를 구비하는 제2 송신 코일부를 포함하되,
상기 제1 송신 공진기 및 상기 제2 송신 공진기는 모두 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부에 전력을 전송할 수 있도록 구성되는
무선 전력 송신 장치.
A first transmitting coil unit for wirelessly transmitting power received from a power source to a receiving coil unit, the first power coil electrically connected to the power source and magnetically receiving the first power coil and the first power coil. A first transmitting coil unit coupled to and having a first transmitting resonator for receiving at least a portion of the power received by the first power coil;
A second transmission coil part spaced apart from the first transmission coil part and having a second transmission resonator,
Both the first transmission resonator and the second transmission resonator are configured to transmit power to the reception coil unit by resonance with the reception coil unit.
Wireless power transmitter
제1항에 있어서,
상기 제2 송신 코일부는 상기 전원과 전기적으로 연결되고 상기 전원으로부터 전력을 수신하는 제2 전력 코일을 더 포함하되, 상기 제2 송신 공진기는 상기 제2 전력 코일과 자기적으로 연결되고 상기 제2 전력 코일에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하는
무선 전력 송신 장치.
The method of claim 1,
The second transmitting coil unit further includes a second power coil electrically connected to the power source and receiving power from the power source, wherein the second transmission resonator is magnetically connected to the second power coil and the second power Receiving at least some of the power received by the coil
Wireless power transmitter
제2항에 있어서,
상기 제1 송신 공진기 및 상기 제2 송신 공진기는 권수가 1보다 크고, 상기 제1 전력 코일 및 상기 제2 전력 코일은 권수가 1인
무선 전력 송신 장치.
The method of claim 2,
The first transmission resonator and the second transmission resonator have a number of turns greater than one, and the first power coil and the second power coil have a number of turns.
Wireless power transmitter
제2항에 있어서,
상기 제1 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부는 상기 제1 송신 공진기와 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부로 전송되고, 상기 제2 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부는 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부로 전송되는
무선 전력 송신 장치.
The method of claim 2,
At least some of the power received by the first transmission resonator is transmitted to the receiving coil unit by resonance of the first transmission resonator and the receiving coil unit, and at least some of the power received by the second transmission resonator is Transmitted to the receiving coil by resonance with the receiving coil
Wireless power transmitter
제1항에 있어서,
상기 제2 송신 공진기는 상기 제1 송신 공진기의 공진 주파수에서 공진하여 상기 제1 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하고, 상기 제2 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부는 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부로 전송되는
무선 전력 송신 장치.
The method of claim 1,
The second transmission resonator resonates at a resonance frequency of the first transmission resonator to receive at least some of the power received by the first transmission resonator, and at least some of the power received by the second transmission resonator is received. Transmitted to the receiving coil by resonance with a coil
Wireless power transmitter
제1항에 있어서,
상기 제1 송신 공진기와 상기 제2 송신 공진기 각각의 권선면의 중심을 통과하는 축에 대해 상기 제1 송신 공진기의 권선면과 상기 제2 송신 공진기의 권선면 중 적어도 하나는 직각에서 어긋나게 배치되는
무선 전력 송신 장치.
The method of claim 1,
At least one of the winding surface of the first transmission resonator and the winding surface of the second transmission resonator may be displaced at right angles with respect to an axis passing through the center of the winding surface of each of the first transmission resonator and the second transmission resonator.
Wireless power transmitter
제1항에 있어서,
상기 전원으로부터의 전력을 제어하는 제어부 및 상기 전원을 구비하는 구동부를 더 포함하는
무선 전력 송신 장치.
The method of claim 1,
Further comprising a control unit for controlling the power from the power source and a drive unit having the power source
Wireless power transmitter
무선 전력 전송 시스템에 있어서,
하나의 또는 다수의 수신 유닛 - 상기 하나의 또는 상기 다수의 각각의 수신 유닛은 무선으로 전력을 수신하기 위한 수신 코일부를 구비함 - 과,
전원으로부터 공급받는 전력을 무선으로 상기 수신 코일부에 전송하기 위한 제1 송신 코일부 및 상기 제1 송신 코일부와 이격되어 위치하는 제2 송신 코일부를 구비하는 송신 유닛을 포함하되,
상기 제1 송신 코일부는 상기 전원과 전기적으로 연결되고 상기 전원으로부터 전력을 수신하는 제1 전력 코일 및 상기 제1 전력 코일과 자기적으로 연결되고 상기 제1 전력 코일에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하는 제1 송신 공진기를 구비하고,
상기 제2 송신 코일부는 제2 송신 공진기를 구비하며,
상기 제1 송신 공진기 및 상기 제2 송신 공진기는 모두 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부에 전력을 전송할 수 있도록 구성되는
무선 전력 전송 시스템.
In a wireless power transfer system,
One or multiple receiving units, each of the one or more receiving units having a receiving coil section for wirelessly receiving power; and
And a transmitting unit having a first transmitting coil unit for wirelessly transmitting power supplied from a power source to the receiving coil unit and a second transmitting coil unit spaced apart from the first transmitting coil unit.
The first transmitting coil unit may be configured to at least a portion of a first power coil electrically connected to the power source and receiving power from the power source, and at least a portion of the power received by the first power coil and magnetically connected to the first power coil. A first transmission resonator for receiving,
The second transmission coil unit includes a second transmission resonator,
Both the first transmission resonator and the second transmission resonator are configured to transmit power to the reception coil unit by resonance with the reception coil unit.
Wireless power transfer system.
제8항에 있어서,
상기 수신 코일부는 상기 제1 송신 공진기 및 상기 제2 송신 공진기와의 공진에 의해 전송되는 전력을 수신하는 수신 공진기를 포함하는
무선 전력 전송 시스템.
9. The method of claim 8,
The receiving coil unit includes a receiving resonator configured to receive power transmitted by resonance with the first transmission resonator and the second transmission resonator.
Wireless power transfer system.
제9항에 있어서,
상기 수신 코일부는 상기 수신 공진기와 자기적으로 연결되고 상기 수신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하는 부하 코일을 더 포함하는
무선 전력 전송 시스템.
10. The method of claim 9,
The receiving coil unit further includes a load coil magnetically connected to the receiving resonator and receiving at least a portion of the power received by the receiving resonator.
Wireless power transfer system.
제10항에 있어서,
상기 수신 공진기는 권수가 1보다 크고, 상기 부하 코일은 권수가 1인
무선 전력 전송 시스템.
The method of claim 10,
The receiving resonator has a number of turns greater than one, and the load coil has a number of turns.
Wireless power transfer system.
제10항에 있어서,
상기 하나의 또는 상기 다수의 각각의 수신 유닛은 상기 부하 코일에 의해 수신된 전력이 전달되는 부하 회로를 더 포함하는
무선 전력 전송 시스템.
The method of claim 10,
The one or more respective receiving units further comprise load circuits through which power received by the load coils is delivered.
Wireless power transfer system.
제8항에 있어서,
상기 하나의 또는 상기 다수의 각각의 수신 유닛은 인체 또는 동물 내에 삽입되거나 인체 또는 동물에 장착된
무선 전력 전송 시스템.
9. The method of claim 8,
The one or the plurality of respective receiving units are inserted into or mounted to a human body or animal.
Wireless power transfer system.
제8항에 있어서,
상기 제2 송신 코일부는 상기 전원과 전기적으로 연결되고 상기 전원으로부터 전력을 수신하는 제2 전력 코일을 더 포함하되, 상기 제2 송신 공진기는 상기 제2 전력 코일과 자기적으로 연결되고 상기 제2 전력 코일에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하는
무선 전력 전송 시스템.
9. The method of claim 8,
The second transmitting coil unit further includes a second power coil electrically connected to the power source and receiving power from the power source, wherein the second transmission resonator is magnetically connected to the second power coil and the second power Receiving at least some of the power received by the coil
Wireless power transfer system.
제14항에 있어서,
상기 제1 송신 공진기 및 상기 제2 송신 공진기는 권수가 1보다 크고, 상기 제1 전력 코일 및 상기 제2 전력 코일은 권수가 1인
무선 전력 전송 시스템.
15. The method of claim 14,
The first transmission resonator and the second transmission resonator have a number of turns greater than one, and the first power coil and the second power coil have a number of turns.
Wireless power transfer system.
제14항에 있어서,
상기 제1 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부는 상기 제1 송신 공진기와 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부로 전송되고, 상기 제2 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부는 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부로 전송되는
무선 전력 전송 시스템.
15. The method of claim 14,
At least some of the power received by the first transmission resonator is transmitted to the receiving coil unit by resonance of the first transmission resonator and the receiving coil unit, and at least some of the power received by the second transmission resonator is Transmitted to the receiving coil by resonance with the receiving coil
Wireless power transfer system.
제8항에 있어서,
상기 제2 송신 공진기는 상기 제1 송신 공진기의 공진 주파수에서 공진하여 상기 제1 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부를 수신하고, 상기 제2 송신 공진기에 의해 수신된 전력 중 적어도 일부는 상기 수신 코일부와의 공진에 의해 상기 수신 코일부로 전송되는
무선 전력 전송 시스템.
9. The method of claim 8,
The second transmission resonator resonates at a resonance frequency of the first transmission resonator to receive at least some of the power received by the first transmission resonator, and at least some of the power received by the second transmission resonator is received. Transmitted to the receiving coil by resonance with a coil
Wireless power transfer system.
제8항에 있어서,
상기 제1 송신 공진기와 상기 제2 송신 공진기 각각의 권선면의 중심을 통과하는 축에 대해 상기 제1 송신 공진기의 권선면과 상기 제2 송신 공진기의 권선면 중 적어도 하나는 직각에서 어긋나게 배치되는
무선 전력 전송 시스템.
9. The method of claim 8,
At least one of the winding surface of the first transmission resonator and the winding surface of the second transmission resonator may be displaced at right angles with respect to an axis passing through the center of the winding surface of each of the first transmission resonator and the second transmission resonator.
Wireless power transfer system.
제8항에 있어서,
상기 전원으로부터의 전력을 제어하는 제어부 및 상기 전원을 구비하는 구동부를 더 포함하는
무선 전력 전송 시스템.
9. The method of claim 8,
Further comprising a control unit for controlling the power from the power source and a drive unit having the power source
Wireless power transfer system.
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