KR20170140666A - Antenna, apparutus and system for transmitting wireless power - Google Patents

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KR20170140666A KR1020160073276A KR20160073276A KR20170140666A KR 20170140666 A KR20170140666 A KR 20170140666A KR 1020160073276 A KR1020160073276 A KR 1020160073276A KR 20160073276 A KR20160073276 A KR 20160073276A KR 20170140666 A KR20170140666 A KR 20170140666A
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Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 효율을 극대화시키고 발열을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 송신 안테나 및 그것이 구비된 무선 전력 송신 장치 및 무선 충전 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 안테나는 무선 전력을 전송하기 위한 평면 형태의 나선형 송신 코일이 적층되어 다층 구조를 가지며, 상기 적층된 나선형 송신 코일의 권선수가 적어도 하나의 층에서 상이하게 구성될 수 있다.The present invention relates to a wireless power transmission antenna capable of maximizing wireless power transmission efficiency and minimizing heat generation, and a wireless power transmission device and a wireless charging system having the wireless power transmission antenna. The wireless power transmission antenna according to an embodiment of the present invention includes wireless A planar spiral transmission coil for transmitting power is stacked to have a multilayer structure and the number of turns of the stacked spiral transmission coil can be configured differently in at least one layer.

Description

무선 전력 송신 안테나 및 그를 이용한 장치 및 시스템 {ANTENNA, APPARUTUS AND SYSTEM FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a wireless power transmission antenna and an apparatus and a system using the same,

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 본체 후면 중앙에 금속 부품이 장착되는 무선 전력 수신 디바이스로의 무선 전력 전송 시 무선 전력 전송 효율을 극대화시키고 발열 현상을 최소화시키기 위한 무선 전력 송신 안테나의 구조 및 해당 무선 전력 송신 안테나가 탑재된 무선 전력 송신 장치 및 그 장치를 이용한 무선 충전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmission technology, and more particularly, to a wireless power transmission device for maximizing wireless power transmission efficiency and minimizing a heat generation phenomenon when transmitting wireless power to a wireless power receiving device And a wireless charging system using the wireless power transmission apparatus and the wireless power transmission apparatus.

최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.Recently, as the information and communication technology rapidly develops, a ubiquitous society based on information and communication technology is being made.

언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다. In order for information communication devices to be connected anytime and anywhere, sensors equipped with a computer chip having a communication function must be installed in all facilities of the society. Therefore, power supply problems of these devices and sensors are becoming a new challenge. In addition, mobile devices such as Bluetooth handsets and iPods, as well as mobile phones, have been rapidly increasing in number, and charging the battery has required users time and effort. As a way to solve this problem, wireless power transmission technology has recently attracted attention.

무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. The wireless power transmission technology (wireless power transmission or wireless energy transfer) is a technology to transmit electric energy from the transmitter to the receiver wirelessly using the induction principle of the magnetic field. In the 1800s, electric motor or transformer Thereafter, a method of transmitting electric energy by radiating an electromagnetic wave such as a radio wave or a laser was tried. Our electric toothbrushes and some wireless shavers are actually charged with electromagnetic induction.

현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 전력 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.Until now, energy transmission using radio has been largely divided into a magnetic induction system, a magnetic resonance system, and a power transmission system using a short wavelength radio frequency.

자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.In the magnetic induction method, when two coils are adjacent to each other and a current is supplied to one coil, a magnetic flux generated at this time causes an electromotive force to the other coils. As a technology, . The magnetic induction method has the disadvantage that it can transmit power of up to several hundred kilowatts (kW) and the efficiency is high, but the maximum transmission distance is 1 centimeter (cm) or less, so it is usually adjacent to the charger or the floor.

자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.The self-resonance method is characterized by using an electric field or a magnetic field instead of using electromagnetic waves or currents. The self-resonance method is advantageous in that it is safe to other electronic devices or human body since it is hardly influenced by the electromagnetic wave problem. On the other hand, it can be used only at a limited distance and space, and has a disadvantage that energy transfer efficiency is somewhat low.

단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Short wavelength wireless power transmission - simply, the RF method - takes advantage of the fact that energy can be transmitted and received directly in the form of RadioWaves. This technology is a RF power transmission system using a rectenna. Rectena is a combination of an antenna and a rectifier, which means a device that converts RF power directly into direct current power. That is, the RF method is a technique of converting an AC radio wave into DC and using it. Recently, as the efficiency has improved, commercialization has been actively researched.

무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.Wireless power transmission technology can be applied not only to mobile, but also to various industries such as IT, railroad, and household appliance industry.

하지만, 종래의 스마트와치와 같은 무선 전력 수신 디바이스의 경우, 본체 후면 중앙 부분에 금속 부품이 위치하고, 각종 센서 등의 장착 및 집적화를 위해 본체 후면 중앙 부분에 차폐재를 장착할 수 없었다. 그에 따라, 무선 전력 송신 장치에 의해 송출된 전자기장이 금속 부품에 직접 흡수되어 무선 전력 전송 효율이 낮아질 뿐만 아니라 금속 부품 주변이 발열되는 문제점이 있었다.However, in the case of a conventional wireless power receiving device such as a smartwatch, a metal part is located at the center of the rear surface of the main body, and a shielding material can not be mounted at the center rear part of the main body for mounting and integrating various sensors. Accordingly, the electromagnetic field transmitted by the wireless power transmission device is absorbed directly to the metal part, so that the wireless power transmission efficiency is lowered and the surrounding of the metal part is heated.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 전력 전송 효율을 극대화시키고 발열을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 송신 안테나 및 그것이 구비된 무선 전력 송신 장치 및 무선 충전 시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a wireless power transmission antenna capable of maximizing wireless power transmission efficiency and minimizing heat generation, .

본 발명의 다른 목적은 무선 전력 신호의 전파 방향이 수신 코일에 빔포밍되도록 다층 구조의 비대칭 무선 전력 송신 안테나가 구비된 무선 전력 송신 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a wireless power transmission apparatus having a multi-layered asymmetric wireless power transmission antenna so that the propagation direction of the wireless power signal is beamformed to the reception coil.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 스마트와치와 같은 소형의 집적화된 디바이스에 최적화된 무선 전력 송수신 안테나 및 그를 이용하는 무선 충전 시스템을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a wireless power transmitting / receiving antenna optimized for a small integrated device such as a SmartWatch and a wireless charging system using the same.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.

본 발명은 무선 전력 전송 효율을 극대화시키고 발열을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 송신 안테나 및 그것이 구비된 무선 전력 송신 장치 및 무선 충전 시스템을 제공하는 것이다.The present invention provides a wireless power transmission antenna capable of maximizing wireless power transmission efficiency and minimizing heat generation, and a wireless power transmission device and a wireless charging system equipped with the wireless power transmission antenna.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 안테나는 무선 전력을 전송하기 위한 평면 형태의 나선형 송신 코일이 적층되어 다층 구조를 가지며, 상기 적층된 나선형 송신 코일의 권선수가 적어도 하나의 층에서 상이하게 구성될 수 있다.A wireless power transmission antenna according to an embodiment of the present invention has a multi-layered structure in which planar spiral transmission coils for transmitting wireless power are stacked, and the number of windings of the stacked spiral transmission coils is different in at least one layer .

여기서, 상기 나선형 송신 코일은 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나의 형태일 수 있다.Here, the helical transmission coil may be in the form of a circle, an ellipse, or a polygon.

또한, 상기 적층된 나선형 송신 코일은 상호 직렬로 연결될 수 있다.Further, the stacked helical transmission coils may be connected in series with each other.

또한, 상기 층별 상기 나선형 송신 코일의 권선수는 상기 무선 전력이 전송되는 방향으로 증가될 수 있다.In addition, the spiral of the helical transmission coil may be increased in a direction in which the wireless power is transmitted.

또한, 상기 나선형 송신 코일은 외경과 내경을 포함하되, 상기 외경에 가까울수록 상기 나선형 송신 코일의 적층 두께가 증가할 수 있다.The helical transmission coil includes an outer diameter and an inner diameter, and the lamination thickness of the helical transmission coil may increase as the outer diameter is closer to the outer diameter.

또한, 상기 나선형 송신 코일은 외경과 내경을 포함하되, 상기 내경에 가까울수록 상기 나선형 송신 코일의 적층 두께가 증가할 수 있다.Also, the helical transmission coil includes an outer diameter and an inner diameter, and the lamination thickness of the helical transmission coil may increase as the inner diameter is closer to the inner diameter.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 충전 베드와 제어 회로 기판와 상기 충전 베드의 하단 일측에 배치되고, 무선 전력을 전송하기 위한 평면 형태의 나선형 송신 코일이 적층되어 다층 구조를 가지며, 상기 적층된 나선형 송신 코일의 권선수가 적어도 하나의 층에서 상이하게 구성된 무선 전력 송신 안테나와 상기 무선 전력 송신 안테나의 하단 일측에 배치되어, 상기 무선 전력 송신 안테나에 의해 송출된 전자기장이 상기 제어 회로 기판에 전달되는 것을 차단하는 차폐재를 포함하여 구성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wireless power transmission apparatus including a charging bed, a control circuit board, and a multilayer structure disposed on a lower side of the filling bed, the helical transmission coil having a planar shape for transmitting wireless power, Wherein a number of windings of the stacked spiral transmission coils are different from each other in at least one layer and an electromagnetic field emitted by the radio power transmission antenna is provided on the control circuit board And a shielding member that shields the light from being transmitted.

여기서, 상기 나선형 송신 코일은 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나의 형태일 수 있다.Here, the helical transmission coil may be in the form of a circle, an ellipse, or a polygon.

또한, 상기 적층된 나선형 송신 코일은 상호 직렬로 연결될 수 있다.Further, the stacked helical transmission coils may be connected in series with each other.

또한, 상기 층별 상기 나선형 송신 코일의 권선수는 상기 무선 전력이 전송되는 방향으로 증가될 수 있다.In addition, the spiral of the helical transmission coil may be increased in a direction in which the wireless power is transmitted.

또한, 상기 나선형 송신 코일은 외경과 내경을 포함하되, 상기 외경에 가까울수록 상기 나선형 송신 코일의 적층 두께가 증가할 수 있다.The helical transmission coil includes an outer diameter and an inner diameter, and the lamination thickness of the helical transmission coil may increase as the outer diameter is closer to the outer diameter.

또한, 상기 나선형 송신 코일은 외경과 내경을 포함하되, 상기 내경에 가까울수록 상기 나선형 송신 코일의 적층 두께가 증가할 수 있다.Also, the helical transmission coil includes an outer diameter and an inner diameter, and the lamination thickness of the helical transmission coil may increase as the inner diameter is closer to the inner diameter.

또한, 상기 무선 전력 송신 장치는 상기 적층된 나선형 송신 코일의 내경을 따라 구성된 차폐벽을 더 포함할 수 있다.The wireless power transmission apparatus may further include a shielding wall formed along the inner diameter of the stacked helical transmission coil.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템은 무선 전력을 전송하기 위한 평면 형태의 나선형 송신 코일이 적층되어 다층 구조를 가지며, 상기 적층된 나선형 송신 코일의 권선수가 적어도 하나의 층에서 상이하게 구성된 무선 전력 송신 안테나를 포함하는 무선 전력 송신 장치와 상기 무선 전력 송신 안테나에 의해 방사된 전자기장이 유도되어 교류 신호를 수신하는 무선 전력 수신 안테나 및 수신된 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류기를 포함하는 무선 전력 수신 장치를 포함할 수 있다.In a wireless charging system according to another embodiment of the present invention, a planar spiral transmission coil for transmitting wireless power is stacked to have a multilayer structure, and the number of windings of the stacked spiral transmission coil is different in at least one layer A wireless power transmission device comprising a wireless power transmission antenna configured and a wireless power reception antenna for receiving an alternating signal from an electromagnetic field induced by the wireless power transmission antenna and a rectifier for converting the received alternating signal into a direct current signal And may include a wireless power receiving device.

여기서, 상기 무선 전력 수신 안테나는 평면 형태의 나선형 수신 코일을 포함하고, 상기 나선형 수신 코일의 상단에 차폐재가 배치되되, 상기 나선형 수신 코일의 내경과 외경 사이에만 상기 차폐재가 배치될 수 있다.Here, the wireless power receiving antenna includes a helical receiving coil having a planar shape, and a shielding material is disposed at an upper end of the helical receiving coil, and the shielding material may be disposed only between the inner diameter and the outer diameter of the helical receiving coil.

또한, 상기 나선형 수신 코일의 상기 내경 안쪽으로 금속 부품이 배치되되, 상기 방사된 전자기장이 상기 금속 부품에 전달되지 않고 상기 나선형 수신 코일을 향하도록 상기 무선 전력 송신 안테나와 상기 무선 전력 수신 안테나 사이에 전자기 빔이 형성될 수 있다.A metal part is disposed inside the inner diameter of the helical receiving coil, wherein the electromagnetic field is not transmitted to the metal part but is directed to the helical receiving coil so that the electromagnetic power is transmitted between the radio power transmitting antenna and the radio power receiving antenna. A beam can be formed.

또한, 상기 무선 전력 수신 안테나는 평면 형태의 나선형 수신 코일이 적층되어 다층 구조를 가질 수 있다.In addition, the wireless power receiving antenna may have a multi-layer structure in which planar spiral receiving coils are stacked.

또한, 상기 적층된 나선형 수신 코일의 권선수가 적어도 하나의 층에서 상이하게 구성될 수 있다.Further, the number of windings of the stacked helical receiving coils may be different in at least one layer.

일 예로, 상기 나선형 수신 코일은 외경과 내경을 포함하되, 상기 외경에 가까울수록 상기 나선형 수신 코일의 적층 두께가 증가할 수 있다.For example, the helical receiving coil includes an outer diameter and an inner diameter, and the lamination thickness of the helical receiving coil may increase as the outer diameter is closer to the outer diameter.

다른 일 예로, 상기 나선형 수신 코일은 외경과 내경을 포함하되, 상기 내경에 가까울수록 상기 나선형 수신 코일의 적층 두께가 증가할 수 있다.In another example, the helical receiving coil includes an outer diameter and an inner diameter, and the lamination thickness of the helical receiving coil may increase as the inner diameter is closer to the inner diameter.

또한, 상기 무선 충전 시스템의 상기 무선 전력 수신 장치는 상기 적층된 나선형 수신 코일의 내경을 따라 구성되는 차폐벽을 더 포함할 수 있다. In addition, the wireless power receiving apparatus of the wireless charging system may further include a shielding wall formed along an inner diameter of the stacked helical receiving coil.

여기서, 상기 나선형 송신 코일은 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나의 형태일 수 있다.Here, the helical transmission coil may be in the form of a circle, an ellipse, or a polygon.

또한, 상기 적층된 나선형 송신 코일은 상호 직렬로 연결될 수 있다.Further, the stacked helical transmission coils may be connected in series with each other.

또한, 상기 층별 상기 나선형 송신 코일의 권선수는 상기 무선 전력이 전송되는 방향으로 증가될 수 있다.In addition, the spiral of the helical transmission coil may be increased in a direction in which the wireless power is transmitted.

또한, 상기 나선형 송신 코일은 외경과 내경을 포함하되, 상기 외경에 가까울수록 상기 나선형 송신 코일의 적층 두께가 증가할 수 있다.The helical transmission coil includes an outer diameter and an inner diameter, and the lamination thickness of the helical transmission coil may increase as the outer diameter is closer to the outer diameter.

또한, 상기 나선형 송신 코일은 외경과 내경을 포함하되, 상기 내경에 가까울수록 상기 나선형 송신 코일의 적층 두께가 증가할 수 있다.Also, the helical transmission coil includes an outer diameter and an inner diameter, and the lamination thickness of the helical transmission coil may increase as the inner diameter is closer to the inner diameter.

상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And can be understood and understood.

본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Effects of the method and apparatus according to the present invention will be described as follows.

본 발명은 무선 전력 전송 효율을 극대화시키고 발열을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 송신 안테나 및 그것이 탑재된 무선 전력 송신 장치를 제공하는 장점이 있다.The present invention is advantageous in providing a wireless power transmission antenna capable of maximizing wireless power transmission efficiency and minimizing heat generation, and a wireless power transmission device equipped with the wireless power transmission antenna.

또한, 본 발명은 다층 구조의 비대칭 송신 코일을 통해 무선 전력 신호의 전파 방향을 수신 코일에 빔포밍시키는 것이 가능한 무선 전력 송신 장치 및 그것을 이용한 무선 충전 시스템을 제공하는 장점이 있다.In addition, the present invention has an advantage of providing a wireless power transmission apparatus capable of beam-forming a propagation direction of a wireless power signal to a reception coil through a multilayered asymmetric transmission coil and a wireless charging system using the same.

또한, 본 발명은 본체 후면 중앙 부분에 금속 부품이 배치되고, 해당 위치에 무선 전력 신호가 전달되는 것을 차단하는 차폐재 장착이 불가한 무선 전력 수신 장치에 최적화된 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.The present invention also provides a wireless power transmitting apparatus optimized for a wireless power receiving apparatus in which a metal part is disposed at a central portion of a rear surface of a main body and a shielding material can not be mounted, .

또한, 본 발명은 스마트와치와 같은 소형의 집적화된 디바이스에 최적화된 무선 전력 송수신 안테나 및 그를 이용하는 무선 충전 시스템을 제공할 수 있는 장점이 있다.Further, the present invention has an advantage of being able to provide a wireless power transmission / reception antenna optimized for a small integrated device such as SmartWatch and a wireless charging system using the same.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtained by the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 안테나의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 안테나의 구조를 설명하기 위한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. It is to be understood, however, that the technical features of the present invention are not limited to the specific drawings, and the features disclosed in the drawings may be combined with each other to constitute a new embodiment.
1 is a view for explaining a structure of a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
2 to 6 are views for explaining the structure of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a configuration of a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a structure of a wireless power receiving antenna according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a structure of a wireless power receiving antenna according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an apparatus and various methods to which embodiments of the present invention are applied will be described in detail with reference to the drawings. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.

실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiment, in the case where it is described as being formed "above" or "below" each element, the upper or lower (lower) And that at least one further component is formed and arranged between the two components. Also, in the case of "upper (upper) or lower (lower)", it may include not only an upward direction but also a downward direction based on one component.

실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 송신 장치에 대해 설명의 편의를 위해 무선 전력 송신기, 송신기, 송신단, 송신 장치, 송신측, 파워 전송 장치 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 수신 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신기, 수신단, 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 파워 수신 장치 등이 혼용되어 사용될 수 있다.In the description of the embodiments, a wireless power transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, a power transmitter, and the like are used in combination for a wireless power transmitter constituting the wireless power transmission system for convenience of explanation. In addition, a wireless power receiver, a receiving end, a receiver, a receiving terminal, a receiving side, a receiving apparatus, a power receiving apparatus, and the like may be used in combination for the sake of convenience of description in the expression for the wireless power receiving apparatus.

실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 송신 장치에 장착되며, 비접촉 방식으로 전력을 전송하기 위한 전력 송신 안테나에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 송신 코일, 1차 코일, 프라이머리(Primary) 코일 등이 혼용되어 사용될 수 있다.In the description of the embodiments, a description is given of a power transmission antenna mounted on a wireless power transmission apparatus for transmitting power in a non-contact manner. For convenience of explanation, a transmission coil, a primary coil, a primary coil, Can be used.

실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 수신 장치에 장착되며, 비접촉 방식으로 전력을 수신하기 위한 전력 수신 안테나에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 수신 코일, 2차 코일, 세턴더리(Secondary) 코일 등이 혼용되어 사용될 수 있다.In the description of the embodiment, a description is given of a power receiving antenna mounted on a wireless power receiving apparatus for receiving power in a noncontact manner. For convenience of explanation, a receiving coil, a secondary coil, a secondary coil, Can be used.

본 발명에 따른 송신기는 패드 형태 또는 거치대 형태로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 송신 수단을 구비하여 복수의 수신기에 무선으로 전력을 전달할 수도 있다. The transmitter according to the present invention may be configured in the form of a pad or a cradle, and one transmitter may have a plurality of wireless power transmission means to transmit power wirelessly to a plurality of receivers.

본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 스마트워치(Smart Watch), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 전자 사전, 전자북, 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 기타 전동 칫솔, 무선 이어폰, 보청기, 스마트 반지 등과 같은 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다. The receiver according to the present invention may be used in a mobile phone, a smart phone, a smart watch, a laptop computer, an electronic dictionary, an electronic book, a digital broadcasting terminal, a PDA (Personal Digital Assistants) But is not limited to, a portable electronic device such as a portable multimedia player (PMP), navigation, MP3 player, other electric toothbrush, wireless earphone, a hearing aid, smart ring, If the device is rechargeable, it suffices.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1, the wireless charging system includes a wireless power transmission terminal 10 for wirelessly transmitting power, a wireless power receiving terminal 20 for receiving the transmitted power, and an electronic device 30 Lt; / RTI >

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다. For example, the wireless power transmitting terminal 10 and the wireless power receiving terminal 20 can perform in-band communication in which information is exchanged using the same frequency band as that used for wireless power transmission. In another example, the wireless power transmitting terminal 10 and the wireless power receiving terminal 20 perform out-of-band communication in which information is exchanged using a different frequency band different from the operating frequency used for wireless power transmission .

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다. For example, information exchanged between the wireless power transmitting terminal 10 and the wireless power receiving terminal 20 may include control information as well as status information of each other. Here, the status information and the control information exchanged between the transmitting and receiving end will become more apparent through the description of the embodiments to be described later.

상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다. The in-band communication and the out-of-band communication may provide bidirectional communication, but the present invention is not limited thereto. In another embodiment, the in-band communication and the out-of-band communication may be provided.

일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.  For example, the unidirectional communication may be that the wireless power receiving terminal 20 transmits information only to the wireless power transmitting terminal 10, but the present invention is not limited thereto, and the wireless power transmitting terminal 10 may transmit information Lt; / RTI >

반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다. In the half duplex communication mode, bidirectional communication is possible between the wireless power receiving terminal 20 and the wireless power transmitting terminal 10, but information can be transmitted only by any one device at any time.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다. The wireless power receiving terminal 20 according to an embodiment of the present invention may acquire various status information of the electronic device 30. [ For example, the status information of the electronic device 30 may include current power usage information, information for identifying a running application, CPU usage information, battery charge status information, battery output voltage / current information, And is information obtainable from the electronic device 30 and available for wireless power control.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다. 전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다. In particular, the wireless power transmitting terminal 10 according to an embodiment of the present invention can transmit a predetermined packet indicating whether or not to support fast charging to the wireless power receiving terminal 20. The wireless power receiving terminal 20 can inform the electronic device 30 of the connected wireless power transmitting terminal 10 when it is confirmed that it supports the fast charging mode. The electronic device 30 may indicate that fast charging is possible through a predetermined display means, which may be, for example, a liquid crystal display.

또한, 전자 기기(30) 사용자는 액정 표시 수단에 표시된 소정 고속 충전 요청 버튼을 선택하여 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 전자 기기(30)는 사용자에 의해 고속 충전 요청 버튼이 선택되면, 소정 고속 충전 요청 신호를 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신단(10)에 전송함으로써, 일반 저전력 충전 모드를 고속 충전 모드로 전환시킬 수 있다. Also, the user of the electronic device 30 may select the predetermined fast charge request button displayed on the liquid crystal display means to control the wireless power transmitting terminal 10 to operate in the fast charge mode. In this case, the electronic device 30 can transmit a predetermined fast charge request signal to the wireless power receiving terminal 20 when the quick charge request button is selected by the user. The wireless power receiving terminal 20 may generate a charging mode packet corresponding to the received fast charging request signal and transmit the same to the wireless power transmitting terminal 10 to switch the general low power charging mode to the fast charging mode.

도 2 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.2 to 6 are views for explaining the structure of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(200)는 크게 충전 베드(210), 무선 전력 송신 안테나(220), 차폐재(230) 및 제어 회로 기판(240)을 포함하여 구성될 수 있다.2, the wireless power transmission apparatus 200 may include a charging bed 210, a wireless power transmission antenna 220, a shield 230, and a control circuit board 240.

도 2에는 명시적으로 도시되어 있지 않으나, 무선 전력 송신 안테나(220)와 제어 회로 기판(240)은 소정 결속 단자 또는 선로를 통해 상호 전기적으로 연결될 수 있음을 주의해야 한다. Note that although not explicitly shown in FIG. 2, the wireless power transmission antenna 220 and the control circuit board 240 may be electrically connected to each other through a predetermined binding terminal or line.

충전 베드(210)는 충전 대상 디바이스를 위치시키기 위한 것으로서, 충전 베드(210)의 모양은 평면일 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 반구형, 오목형, 컵형 등으로 구현될 수도 있다.The filling bed 210 is for positioning the device to be charged, and the shape of the filling bed 210 may be flat. However, the filling bed 210 is only one embodiment, and may be a hemispherical shape, a concave shape, a cup shape, or the like.

충전 베드(210)의 하부 일측에는 다층 구조의 나선형 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신 안테나(220)가 장착될 수 있다.A wireless power transmission antenna 220 having a multilayer spiral transmission coil may be mounted on a lower side of the filling bed 210.

차폐재(230)은 무선 전력 송신 안테나(220)에서 방사된 전자기 신호가 제어 회로 기판(240)에 전달되는 것을 차단할 수 있다.The shielding member 230 may block the electromagnetic signal emitted from the wireless power transmission antenna 220 from being transmitted to the control circuit board 240.

일 예로, 차폐재(230)은 페라이트(Ferrite) 계열의 차폐재가 사용될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 전자기파 차단이 가능한 다른 차폐재가 사용될 수도 있다. 또한, 차폐재(230)의 형태는 샌더스트 블록 형태, 접착식 시트 형태, 금속판 형태 등을 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.For example, the shielding material 230 may be a ferrite-based shielding material, but this is merely an example, and other shielding materials capable of shielding electromagnetic waves may be used. In addition, the shape of the shielding member 230 may include, but is not limited to, a sandwich block shape, an adhesive sheet shape, a metal plate shape, and the like.

제어 회로 기판(240)에는 각종 전력 변환 소자뿐만 아니라 무선 전력 송신 장치(200)의 전체적인 동작을 제어하기 위한 마이크로프로세서가 장착될 수 있다.A microprocessor for controlling the overall operation of the wireless power transmission apparatus 200 may be mounted on the control circuit board 240 as well as various power conversion elements.

이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 단면 구조를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a cross-sectional structure of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 안테나(220)는 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력을 전송하기 위한 평면 형태의 나선형 송신 코일이 적층되어 다층 구조를 가지며, 상기 적층된 나선형 송신 코일의 권선수가 적어도 하나의 층에서 상이하게 구성될 수 있다.As shown in FIG. 3, a wireless power transmission antenna 220 according to an embodiment of the present invention has a multilayer structure in which planar spiral transmission coils for transmitting wireless power are stacked to form a stacked helical transmission coil May be configured differently in at least one layer.

여기서, 상기 나선형 송신 코일은 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나의 형태일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신 장치(200)의 형태 및 내부 구성에 따라 상이할 수 있다. .Here, the helical transmission coil may be in the form of a circle, an ellipse, or a polygon, but the present invention is not limited thereto, and may vary depending on the type and internal configuration of the wireless power transmission apparatus 200. .

일 실시예로, 적층된 나선형 송신 코일은 상호 직렬로 연결될 수 있으나, 이에 한정되지는 아니하며, 다른 일 실시예에 따른 적층된 나선형 송신 코일은 병렬로 연결될 수도 있음을 주의해야 한다.It should be noted that, in one embodiment, the stacked helical transmission coils may be connected in series, but not limited thereto, and the stacked helical transmission coils according to another embodiment may be connected in parallel.

일 예로, 적층된 나선형 송신 코일은 상호 직렬로 연결도 연결된 경우, 하나의 피복된 도선을 이용하여 다층 구조를 가지는 나선형 송신 코일이 구성될 수 있다.For example, when stacked helical transmission coils are connected to one another in series, a helical transmission coil having a multi-layer structure can be constructed using a single coated wire.

일 실시예에 따른 무선 전력 송신 안테나(220)는 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력이 전송되는 방향-즉, 충전 베드(210)에 가까워질수록 상기 층별 상기 나선형 송신 코일의 권선수가 증가되게 구성될 수 있다.As shown in FIG. 3, the wireless power transmission antenna 220 according to an embodiment increases the number of windings of the helical transmission coil per layer as the wireless power is transmitted, that is, as it approaches the filling bed 210 . ≪ / RTI >

상기 도 3의 도면 부호 3a를 참조하면, 무선 전력 송신 안테나(220)의 나선형 송신 코일은 3개의 층으로 구성될 수 있다. 이때, 각 층의 권선수는 충전 베드(210)로부터 멀어질수록 6->4->2로 감소될 수 있다. 여기서, 층 별 권선수는 일 실시예에 불과하며, 무선 전력 송신 장치(200)의 구성 태양에 따라 나선형 송신 코일의 적층 개수 및 층 별 권선수는 상이하게 구성될 수 있음을 주의해야 한다.Referring to FIG. 3A, the helical transmission coil of the wireless power transmission antenna 220 may be composed of three layers. At this time, the number of turns of each layer may be reduced to 6- > 4- > 2 as the distance from the filling bed 210 increases. It should be noted here that the layer winding is only an embodiment and that the number of stacked layers of the helical transmission coil and the layer winding can be configured differently according to the configuration of the wireless power transmission device 200.

상기한 도 2 내지 도 3에는 명시적으로 도시되어 있지 않으나. 무선 전력 송신 안테나(220)와 제어 회로 기판(240)은 연결 단자 또는 도선 등을 통해 전기적으로 상호 연결될 수 있음을 주의해야 한다. 이때, 연결 단자의 배치 구조 및 구성 방법은 당업자의 설계 목적에 따라 상이할 수 있다.Although not explicitly shown in Figs. 2 to 3 above, It should be noted that the wireless power transmission antenna 220 and the control circuit board 240 may be electrically interconnected via connection terminals or conductors. At this time, the arranging structure and the arranging method of the connecting terminals may be different according to the design purpose of the person skilled in the art.

다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 안테나(220)는 도 4의 도면 부호 4a에 도시된 바와 같이 무선 전력이 전송되는 방향-즉, 충전 베드(210)에 가까워질수록 상기 층별 상기 나선형 송신 코일의 권선수가 감소되게 구성될 수도 있다.4, the wireless power transmission antenna 220 according to another embodiment is arranged in the direction in which the wireless power is transmitted, that is, the closer to the filling bed 210, The number of windings may be reduced.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 나선형 송신 코일(220)은 외경(410)과 내경(420)을 포함하되, 외경(410)에 가까울수록 나선형 송신 코일(220)의 적층 두께가 증가할 수 있다.4, the helical transmission coil 220 includes an outer diameter 410 and an inner diameter 420, and the closer the outer diameter 410 is, the more the thickness of the helical transmission coil 220 is increased .

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 나선형 송신 코일(220)은 도면 번호 5a에 도시된 바와 같이 내경(420)에 가까울수록 코일의 적층 두께가 증가할 수도 있다.Referring to FIG. 5, the helical transmission coil 220 according to another embodiment of the present invention may increase the stack thickness of the coil as the inner diameter 420 approaches, as shown in FIG. 5a.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도면 부호 6a에 도시된 바와 같이, 내경(420)을 따라 차폐벽(610)이 구성될 수도 있다.Referring to FIG. 6, a shielding wall 610 may be constructed along the inner diameter 420, as shown at 6a according to an embodiment of the present invention.

차폐벽(610)을 통해 나선형 송신 코일(220)에 의해 출력되는 전자기장이 나선형 송신 코일(220)의 내측 방향으로 방사되는 것이 차단될 수 있다.The electromagnetic field output by the helical transmitting coil 220 through the shielding wall 610 can be blocked from being radiated inward of the helical transmitting coil 220.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining a configuration of a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 무선 충전 시스템(700)은 무선 전력을 전송하기 위한 평면 형태의 나선형 송신 코일이 적층되어 다층 구조를 가지며, 적층된 나선형 송신 코일의 권선수가 적어도 하나의 층에서 상이하게 구성된 무선 전력 송신 안테나(220)를 포함하는 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 송신 안테나(220)에 의해 방사된 전자기장이 유도되어 교류 신호를 수신하는 무선 전력 수신 안테나(710) 및 수신된 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류기 등을 포함하는 수신 회로 기판(730)을 포함하는 무선 전력 수신 장치를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 7, the wireless charging system 700 includes a plurality of layers of helical transmission coils in a planar shape for transmitting wireless power, and a multilayered structure, wherein the number of windings of the stacked helical transmission coils is different in at least one layer A wireless power transmission device including a power transmission antenna 220 and a wireless power reception antenna 710 for receiving an AC signal generated by an electromagnetic field radiated by the wireless power transmission antenna 220 and a receiving antenna 710 for receiving the received AC signal as a DC signal And a receiving circuit board 730 including a rectifier for converting the received signal.

무선 전력 수신 안테나(710)는 평면 형태의 나선형 수신 코일을 포함하고, 나선형 수신 코일의 상단에 차폐재(720)가 배치될 수 있다. 이때, 차폐재(720)는 나선형 수신 코일의 내경과 외경 사이에만 배치될 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 수신 장치에 사용되는 차폐재를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 도면 부호 7a에 도시된 바와 같이, 수신 회로 기판(730)의 중앙 부분에 차폐재가 없으므로 수신 회로 기판(730)의 설계 자유도를 높일 수 있다. 또한, 수신 회로 구성뿐만 아니라 무선 전력 수신 장치가 장착되는 디바이스-예를 들면, 스마트워치 등을 포함함-의 부품 배치 및 설계 자유도가 높아질 수 있다.The wireless power receiving antenna 710 includes a helical receiving coil in a planar shape, and a shielding material 720 may be disposed at an upper end of the helical receiving coil. At this time, the shielding member 720 may be disposed only between the inner diameter and the outer diameter of the helical receiving coil. As a result, the shielding material used in the wireless power receiving apparatus can be minimized, and as shown in FIG. 7A, since the shielding material is not present in the central portion of the receiving circuit board 730, the degree of freedom in designing the receiving circuit board 730 . In addition, it is possible to increase the component placement and design freedom of the receiving circuit configuration as well as the device in which the wireless power receiving apparatus is mounted (including, for example, a smart watch or the like).

또한, 나선형 수신 코일(710)의 내경 안쪽에 도면 부호 7a에 도시된 바와 같이, 금속 부품(740)들이 배치될 수 있다. 이때, 무선 전력 송신 안테나(220)에 의해 방사된 전자기장이 금속 부품(740)들에 전달되지 않고 나선형 수신 코일(710)을 향하도록 무선 전력 송신 안테나(220)과 나선형 수신 코일(710)-즉, 무선 전력 수신 안테나- 사이에 전자기 빔(750)이 형성될 수 있다.Also, metal parts 740 can be arranged inside the inner diameter of the helical receiving coil 710, as shown by reference numeral 7a. At this time, the electromagnetic field radiated by the wireless power transmission antenna 220 is transmitted to the helical reception coil 710 without being transmitted to the metal parts 740, and the wireless power transmission antenna 220 and the helical reception coil 710 , And an electromagnetic beam 750 may be formed between the wireless power receiving antenna-.

또한, 무선 전력 수신 장치(700)의 본체 후면 커버(760)의 중앙 일측에는 각종 센서가 장착될 수도 있다. 일 예로, 센서는 체온 센서, 심박 센서 등의 생체 센서가 포함될 수 있다. 본원 발명은 무선 전력 송신 안테나(220)에 의해 방사된 전자기장이 금속 부품(740) 및 센서들에 전달되지 않고 나선형 수신 코일(710)을 향하도록 전자기 빔(750)이 형성되므로, 발열로 인한 부품 손상을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, various sensors may be mounted on one side of the center of the main body back cover 760 of the wireless power receiving apparatus 700. For example, the sensor may include a body sensor such as a body temperature sensor or a heart rate sensor. Since the electromagnetic beam 750 is formed so that the electromagnetic field radiated by the wireless power transmission antenna 220 is directed to the helical reception coil 710 without being transmitted to the metal part 740 and the sensors, There is an advantage that damage can be minimized.

무선 전력 수신 안테나(710)는 평면 형태의 나선형 수신 코일이 적층되어 다층 구조를 가질 수 있다.The wireless power receiving antenna 710 may have a multi-layer structure in which planar spiral receive coils are stacked.

상기 도 7에는 적층된 나선형 수신 코일(710)의 권선수가 층 별 동일한 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 후술할 도 8 내지 9에 도시된 바와 같이, 나선형 수신 코일의 층 별 권선수는 적어도 하나의 층에서 상이하게 구성될 수도 있다.7, the number of windings of the stacked helical receiving coil 710 is shown to be the same for each layer. However, this is only one example, and as shown in FIGS. 8 to 9, The rollers may be configured differently in at least one layer.

일 예로, 하나의 도선을 나선형으로 적층하여 다층 구조를 가지는 나선형 수신 코일(710)을 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예는 하나의 도선을 이용하여 평면 형태의 나선형 수신 코일을 구성하고, 복수의 나선형 수신 코일을 상호 병렬로 연결하여 다층 구조를 가지는 나선형 수신 코일(710)이 형성될 수도 있다.For example, one wire may be spirally layered to form a helical receive coil 710 having a multi-layer structure, but this is only one embodiment, and another embodiment of the present invention uses a single wire A helical receiving coil 710 having a multilayer structure may be formed by connecting a plurality of helical receiving coils in parallel to each other.

상기한 도 7의 무선 충전 시스템 구성을 통해, 본원 발명은 다음과 같은 장점 및 효과를 기대할 수 있다.Through the wireless charging system configuration of FIG. 7, the following advantages and effects can be expected from the present invention.

첫째, 본 발명은 무선 전력 전송 효율을 극대화시키고 발열을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 송신 안테나 및 그것이 탑재된 무선 전력 송신 장치를 제공하는 장점이 있다.First, the present invention has an advantage of providing a wireless power transmission antenna capable of maximizing wireless power transmission efficiency and minimizing heat generation, and a wireless power transmission device equipped with the wireless power transmission antenna.

둘째, 본 발명은 다층 구조의 비대칭 송신 코일을 통해 무선 전력 신호의 전파 방향을 수신 코일에 빔포밍시키는 것이 가능한 무선 전력 송신 장치 및 그것을 이용한 무선 충전 시스템을 제공하는 장점이 있다.Second, the present invention is advantageous in providing a wireless power transmission apparatus capable of beam-forming a propagation direction of a wireless power signal to a reception coil through an asymmetric transmission coil having a multi-layer structure, and a wireless charging system using the same.

셋째, 본 발명은 본체 후면 중앙 부분에 금속 부품이 배치되고, 해당 위치에 무선 전력 신호가 전달되는 것을 차단하는 차폐재 장착이 불가한 무선 전력 수신 장치에 최적화된 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.Third, the present invention provides a wireless power transmission apparatus optimized for a wireless power receiving apparatus in which a metal part is disposed at a central portion of a rear surface of a main body, .

넷째, 본 발명은 스마트와치와 같은 소형의 집적화된 디바이스에 최적화된 무선 전력 송수신 안테나 및 그를 이용하는 무선 충전 시스템을 제공할 수 있는 장점이 있다.Fourth, the present invention has an advantage of being able to provide a wireless power transmission / reception antenna optimized for a small integrated device such as a SmartWatch and a wireless charging system using the wireless power transmission / reception antenna.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 안테나의 구조를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining a structure of a wireless power receiving antenna according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 무선 전력 수신 안테나(800)의 나선형 수신 코일(810)은 외경(801)과 내경(802)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the helical receiving coil 810 of the wireless power receiving antenna 800 may include an outer diameter 801 and an inner diameter 802.

도 8에 도시된 바와 같이, 다층 구조를 가지는 나선형 수신 코일(810)의 층 별 권선수가 상이한 경우, 외경(801)에 가까울수록 나선형 수신 코일(810)의 적층 두께가 증가할 수 있다.As shown in FIG. 8, when the helical receiving coil 810 having a multi-layered structure has different numbers of windings per layer, the lamination thickness of the helical receiving coil 810 can be increased toward the outer diameter 801.

다층 구조를 가지는 나선형 수신 코일(810)의 상단 일측에는 차폐재(820)가 배치될 수 있다. 이때, 차폐재(820)는 나선형 수신 코일(810)의 내경(802)과 외경(801) 사이에만 배치될 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 수신 장치에 사용되는 차폐재의 양을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 상기한 도 7의 도면 부호 7a에 도시된 바와 같이, 수신 회로 기판(730)의 중앙 부분에 차폐재가 배치되지 않으므로 수신 회로 기판(730)의 설계 자유도를 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 수신 회로 구성뿐만 아니라 무선 전력 수신 장치가 장착되는 디바이스-예를 들면, 스마트워치 등을 포함함-의 부품 배치 및 설계 자유도가 높아질 수 있다.A shielding member 820 may be disposed on one side of the upper end of the helical receiving coil 810 having a multilayer structure. At this time, the shielding material 820 may be disposed only between the inner diameter 802 and the outer diameter 801 of the helical receiving coil 810. Accordingly, not only the amount of the shielding material used in the wireless power receiving apparatus can be minimized, but the shielding material is not disposed in the central portion of the receiving circuit board 730 as shown in FIG. 7, There is an advantage that the degree of freedom of design of the circuit board 730 can be improved. In addition, it is possible to increase the component placement and design freedom of the receiving circuit configuration as well as the device in which the wireless power receiving apparatus is mounted (including, for example, a smart watch or the like).

도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 안테나의 구조를 설명하기 위한 도면이다.9 is a view for explaining a structure of a wireless power receiving antenna according to another embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 나선형 수신 코일(910)은 외경(901)과 내경(902)을 포함하여 구성될 수 있으며, 내경(902)에 가까울수록 나선형 송신 코일(910)의 적층 두께가 증가하게 구성될 수 있다.9, the helical receiving coil 910 may be configured to include an outer diameter 901 and an inner diameter 902, and may be configured such that the lamination thickness of the helical transmission coil 910 increases toward the inner diameter 902 .

또한, 무선 전력 수신 안테나(900)는 적층된 나선형 수신 코일(910)의 상단 일측에 배치되는 차폐재(930)뿐만 아니라 내경(902)을 따라 구성되는 차폐벽(920)을 더 포함하여 구성될 수도 있다. The wireless power receiving antenna 900 may further include a shielding wall 920 disposed along the inner diameter 902 as well as a shielding material 930 disposed at one side of the upper end of the stacked helical receiving coil 910 have.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.Accordingly, the above description should not be construed in a limiting sense in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (20)

충전 베드;
제어 회로 기판;
상기 충전 베드의 하단에 배치되고, 무선 전력을 전송하기 위한 평면 형태의 나선형 송신 코일이 적층되어 다층 구조를 가지며, 상기 적층된 나선형 송신 코일의 권선수가 적어도 하나의 층에서 상이하게 구성된 무선 전력 송신 안테나; 및
상기 무선 전력 송신 안테나의 하단에 배치되어, 상기 무선 전력 송신 안테나에 의해 송출된 전자기장이 상기 제어 회로 기판에 전달되는 것을 차단하는 차폐재
를 포함하는, 무선 전력 송신 장치.Charging bed;
A control circuit board;
And a plurality of helical transmission coils disposed in a lower portion of the filling bed and having a planar spiral transmission coil for transmitting radio power and having a multilayer structure, wherein the number of windings of the stacked helical transmission coils are different from each other in at least one layer, ; And
And a shielding member disposed at a lower end of the radio power transmission antenna for shielding an electromagnetic field transmitted by the radio power transmission antenna from being transmitted to the control circuit board
And a second power supply. 제1항에 있어서,
상기 나선형 송신 코일은 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나의 형태인, 무선 전력 송신 장치.The method according to claim 1,
Wherein the helical transmission coil is in the form of a circle, an ellipse, or a polygon. 제2항에 있어서,
다층 구조를 가지는 상기 나선형 송신 코일은 상호 직렬로 연결되는, 무선 전력 송신 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the helical transmission coils having a multi-layer structure are connected in series with each other. 제1항에 있어서,
상기 층별 상기 나선형 송신 코일의 권선수는 상기 무선 전력이 전송되는 방향으로 증가되는, 무선 전력 송신 장치.The method according to claim 1,
Wherein the spiral of the layered helical transmission coil is increased in a direction in which the wireless power is transmitted. 제4항에 있어서,
상기 나선형 송신 코일은 외경과 내경을 포함하되,
상기 외경에 가까울수록 상기 나선형 송신 코일의 적층 두께가 증가하는, 무선 전력 송신 장치.5. The method of claim 4,
The helical transmission coil includes an outer diameter and an inner diameter,
And the lamination thickness of the helical transmission coil increases as the outer diameter is closer to the outer diameter. 제4항에 있어서,
상기 나선형 송신 코일은 외경과 내경을 포함하되,
상기 내경에 가까울수록 상기 나선형 송신 코일의 적층 두께가 증가하는, 무선 전력 송신 장치.5. The method of claim 4,
The helical transmission coil includes an outer diameter and an inner diameter,
And the lamination thickness of the helical transmission coil is increased as the inner diameter is closer to the inner diameter. 제4항에 있어서,
상기 적층된 나선형 송신 코일의 내경을 따라 구성된 차폐벽을 더 포함하는, 무선 전력 송신 장치.5. The method of claim 4,
And a shielding wall constructed along the inner diameter of the stacked helical transmission coil. 무선 전력을 전송하기 위한 평면 형태의 나선형 송신 코일이 적층되어 다층 구조를 가지며, 상기 적층된 나선형 송신 코일의 권선수가 적어도 하나의 층에서 상이하게 구성된 무선 전력 송신 안테나를 포함하는 무선 전력 송신 장치; 및
상기 무선 전력 송신 안테나에 의해 방사된 전자기장이 유도되어 교류 신호를 수신하는 무선 전력 수신 안테나 및 수신된 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류기를 포함하는 무선 전력 수신 장치
를 포함하는, 무선 충전 시스템.A wireless power transmission device comprising a wireless power transmission antenna having a multilayered structure in which a helical transmission coil in a planar form for transmitting wireless power is stacked and configured such that the number of windings of the stacked spiral transmission coil is different in at least one layer; And
A wireless power receiving antenna for receiving an AC signal derived from an electromagnetic field radiated by the wireless power transmission antenna, and a rectifier for converting the received AC signal into a DC signal,
And the wireless charging system. 제8항에 있어서,
상기 무선 전력 수신 안테나는 평면 형태의 나선형 수신 코일을 포함하고, 상기 나선형 수신 코일의 상단에 차폐재가 배치되되, 상기 나선형 수신 코일의 내경과 외경 사이에만 상기 차폐재가 배치되는 것을 특징으로 하는, 무선 충전 시스템.9. The method of claim 8,
Characterized in that the wireless power receiving antenna comprises a flat helical receiving coil and a shielding material disposed on the top of the helical receiving coil, wherein the shielding material is disposed only between the inner diameter and the outer diameter of the helical receiving coil. system. 제9항에 있어서,
상기 나선형 수신 코일의 상기 내경 안쪽으로 금속 부품이 배치되되, 상기 방사된 전자기장이 상기 금속 부품에 전달되지 않고 상기 나선형 수신 코일을 향하도록 상기 무선 전력 송신 안테나와 상기 무선 전력 수신 안테나 사이에 전자기 빔이 형성되는 것을 특징으로 하는, 무선 충전 시스템.10. The method of claim 9,
An electromagnetic beam is provided between the radio power transmitting antenna and the radio power receiving antenna so that the radiated electromagnetic field is not transmitted to the metal part and is directed to the helical receiving coil, Wherein the wireless charging system comprises: 제8항에 있어서,
상기 무선 전력 수신 안테나는 평면 형태의 나선형 수신 코일이 적층되어 다층 구조를 가지는, 무선 충전 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the wireless power receiving antenna has a multi-layer structure in which planar spiral receive coils are stacked. 제11항에 있어서,
상기 적층된 나선형 수신 코일의 권선수가 적어도 하나의 층에서 상이하게 구성되는, 무선 충전 시스템.12. The method of claim 11,
Wherein the number of windings of the stacked spiral receive coils is configured differently in at least one layer. 제12항에 있어서,
상기 나선형 수신 코일은 외경과 내경을 포함하되,
상기 외경에 가까울수록 상기 나선형 수신 코일의 적층 두께가 증가하는, 무선 충전 시스템.13. The method of claim 12,
Wherein the helical receiving coil includes an outer diameter and an inner diameter,
And the lamination thickness of the helical receiving coil increases as the outer diameter is closer to the outer diameter. 제12항에 있어서,
상기 나선형 수신 코일은 외경과 내경을 포함하되,
상기 내경에 가까울수록 상기 나선형 수신 코일의 적층 두께가 증가하는, 무선 충전 시스템.13. The method of claim 12,
Wherein the helical receiving coil includes an outer diameter and an inner diameter,
And wherein the lamination thickness of the helical receiving coil increases as the inner diameter is closer to the inner diameter. 제14항에 있어서,
상기 무선 전력 수신 장치는 상기 적층된 나선형 수신 코일의 내경을 따라 구성되는 차폐벽을 더 포함하는, 무선 충전 시스템.15. The method of claim 14,
Wherein the wireless power receiving device further comprises a shielding wall constructed along an inner diameter of the stacked helical receive coil. 제8항에 있어서,
상기 나선형 송신 코일은 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나의 형태인, 무선 충전 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the helical transmission coil is in the form of a circle, an ellipse, or a polygon. 제16항에 있어서,
다층 구조를 가지는 상기 나선형 송신 코일은 상호 직렬로 연결되는, 무선 충전 시스템.17. The method of claim 16,
Wherein said helical transmission coils having a multi-layer structure are connected in series with each other. 제8항에 있어서,
상기 층별 상기 나선형 송신 코일의 권선수는 상기 무선 전력이 전송되는 방향으로 증가되는, 무선 충전 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the spiral of the layered helical transmission coil is increased in a direction in which the wireless power is transmitted. 제18항에 있어서,
상기 나선형 송신 코일은 외경과 내경을 포함하되,
상기 외경에 가까울수록 상기 나선형 송신 코일의 적층 두께가 증가하는, 무선 충전 시스템.19. The method of claim 18,
The helical transmission coil includes an outer diameter and an inner diameter,
And the lamination thickness of the helical transmission coil is increased as the outer diameter is closer to the outer diameter. 제18항에 있어서,
상기 나선형 송신 코일은 외경과 내경을 포함하되,
상기 내경에 가까울수록 상기 나선형 송신 코일의 적층 두께가 증가하는, 무선 충전 시스템.19. The method of claim 18,
The helical transmission coil includes an outer diameter and an inner diameter,
And the lamination thickness of the helical transmission coil is increased as the inner diameter is closer to the inner diameter.
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