KR-20260060932-A - wireless charging system with single resonator structure that can be branched in multiple directions

Abstract

본 발명은, 무선 충전에 요구되는 전기에너지를 공급하도록 전원공급부와 연결되고, 충전대상물의 이동경로를 따라 연장되는 송신코일; 상기 송신코일을 따라 이동 가능하게 설치되고, 유도전기가 발생되도록 자기장 형성 공간을 제공하는 페라이트코어; 상기 페라이트코어에 권취되어 유도전기 자기장에 의해 전기에너지가 생성되는 수신코일; 및 상기 송신코일의 연장방향이 복수 방향으로 분기되어 이루어지는 분기부와 상기 페라이트코어가 간섭되는 것을 방지하는 간섭방비부를 포함하고, 상기 페라이트코어가 상기 분기부를 따라 이동경로를 변경하는 경우에 상기 간섭방지부의 작용에 의해 상기 페라이트코어와 상기 송신코일이 간섭되는 것을 방지하여 충전대상물의 이동경로를 복수의 경로로 확장시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

Inventors

• 안치형
• 김동훈
• 고혁진

Assignees

• 한국기술교육대학교 산학협력단

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241025

Claims (11)

1. 무선 충전에 요구되는 전기에너지를 공급하도록 전원공급부와 연결되고, 충전대상물의 이동경로를 따라 연장되는 송신코일; 상기 송신코일을 따라 이동 가능하게 설치되고, 유도전기가 발생되도록 자기장 형성 공간을 제공하는 페라이트코어; 상기 페라이트코어에 권취되어 유도전기 자기장에 의해 전기에너지가 생성되는 수신코일; 및 상기 송신코일의 연장방향이 복수 방향으로 분기되어 이루어지는 분기부와 상기 페라이트코어가 간섭되는 것을 방지하는 간섭방비부를 포함하고, 상기 페라이트코어가 상기 분기부를 따라 이동경로를 변경하는 경우에 상기 간섭방지부의 작용에 의해 상기 페라이트코어와 상기 송신코일이 간섭되는 것을 방지하여 충전대상물의 이동경로를 복수의 경로로 확장시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 분기부는, 상기 송신코일의 연장방향으로부터 이격되는 방향으로 하나 또는 둘 이상으로 분기되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 페라이트코어는, 상기 송신코일의 개구부를 따라 삽입되어 상기 수신코일이 권취되는 권취부; 상기 권취부의 단부로부터 연장되어 자기장 형성 공간을 제공하는 확장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 간섭방지부는, 상기 확장부가 상기 송신코일의 개구부에 대향되게 배치되어 상기 송신코일 및 상기 분기부와 분리되는 위치에 배치되는 확장패널을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템.
5. 제3항에 있어서, 상기 간섭방지부는, 상기 권취부의 일단에 일체로 형성되고, 상기 송신코일의 개구부에 대향되게 배치되어 상기 송신코일 및 상기 분기부와 분리되는 위치에 배치되는 제1확장패널; 및 상기 권취부의 타단에 일체로 형성되고, 상기 송신코일의 개구부에 대향되게 배치되어 상기 송신코일 및 상기 분기부와 분리되는 위치에 배치되고, 상기 제1확장패널과 일정한 간격을 유지하는 제2확장패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템.
6. 제4항에 있어서, 상기 확장패널은 상기 권취부와 비교하여 폭이 넓게 형성되는 정사각 패널을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템.
7. 제4항에 있어서, 상기 확장패널은 상기 권취부와 비교하여 폭이 동일하게 형성되는 직사각 패널을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템.
8. 제3항에 있어서, 상기 간섭방지부는 상기 권취부가 I형 페라이트코어로 이루어져 형성되는 것을 특징으로 하는 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템.
9. 제3항에 있어서, 상기 간섭방지부는 상기 권취부가 상기 송신코일의 두께와 비교하여 길게 형성되는 I형 페라이트코어로 이루어져 형성되는 것을 특징으로 하는 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템.
10. 제3항에 있어서, 상기 권취부가 상기 송신코일의 두께와 비교하여 길게 형성되는 I형 페라이트코어로 이루어지고, 상기 간섭방지부는 상기 권취부로부터 연장되고, 상기 송신코일의 외측으로 굴곡되어 이루어지는 확장굴곡패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템.
11. 제3항에 있어서, 상기 권취부가 상기 송신코일의 두께와 비교하여 길게 형성되는 I형 페라이트코어로 이루어지고, 상기 간섭방지부는 상기 권취부로부터 연장되고, 상기 송신코일의 외측 복수의 방향으로 굴곡되어 이루어지는 멀티확장패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템.

Description

다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템 {wireless charging system with single resonator structure that can be branched in multiple directions} 본 발명은 충전대상물이 다방향으로 이동되면서 충전작업이 진행될 수 있는 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템에 관한 것이다. 일반적으로 충전기술로는 휴대폰, PDA, MP3, PMP, 노트북, 전기자동차 등의 충전은 일반적으로 단자를 이용하여 충전을 하거나 무접점 충전시스템으로 유도방식인 경우 1차 코일에서 발생하는 자기장에 의해 2차 코일에 유도기전력으로 유도되는 전기를 충전하는 방식이나, 충전거리를 늘리기 위해 공명방식의 무접점 충전시스템을 사용한다. 본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1399958호(2014년 05월 28일 공고, 발명의 명칭 : 대기전력 차단기능을 갖는 무접점 충전시스템 및 그 제어방법)에 개시되어 있다. 본 발명은 교육부와 한국연구재단의 재원으로 지원을 받아 수행된 3단계 산학연협력 선도대학 육성사업(LINC 3.0) "전기자동차 스마트 전동시트용 액추에이터 무선충전 시스템 개발"의 연구결과로 고안(안출)된 것으로서, 본 발명의 목적은 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템 기술을 제공하는 것이다. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템이 도시된 사시도이다. 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 페라이트코어가 도시된 확대도 및 단면도이다. 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 직선형 송신코일이 도시된 사시도이다. 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 십자형 송신코일이 도시된 사시도이다. 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템이 도시된 사시도이다. 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 다양한 실시예가 도시된 구성도이다. 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 간섭방지부가 도시된 사시도이다. 도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 간섭방지부가 도시된 사시도이다. 도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 간섭방지부가 도시된 사시도이다. 도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 간섭방지부가 도시된 사시도이다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템이 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 페라이트코어가 도시된 확대도 및 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 직선형 송신코일이 도시된 사시도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 십자형 송신코일이 도시된 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템이 도시된 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 다양한 실시예가 도시된 구성도이다. 또한, 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 간섭방지부가 도시된 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 간섭방지부가 도시된 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 간섭방지부가 도시된 사시도이고, 도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템의 간섭방지부가 도시된 사시도이다. 도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다방향으로 분기 가능한 단일 공진기 구조를 구비하는 무선 충전 시스템은, 무선 충전에 요구되는 전기에너지를 공급하도록 전원공급부와 연결되고, 충전대상물의 이동경로를 따라 연장되는 송신코일(34)과, 송신코일(34)을 따라 이동 가능하게 설치되고, 유도전기가 발생되도록 자기장 형성 공간을 제공하는 페라이트코어(10)와, 페라이트코어(10)에 권취되어 유도전기 자기장에 의해 전기에너지가 생성되는 수신코일(32)과, 송신코일(34)의 연장방향이 복수 방향으로 분기되어 이루어지는 분기부(36)와 페라이트코어(10)가 간섭되는 것을 방지하는 간섭방지부(50)를 포함한다. 따라서 충전대상물이 송신코일(34)을 따라 이동할 때에 송신코일(34)에 삽입되어 이동되는 페라이트코어(10)에 의해 유도전기 자기장이 형성되어 수신코일(32)에 전기에너지가 생성되므로 페라이트코어(10)에 연결되는 충전대상물이 이동 중에도 충전작업이 이루어지게 된다. 이때, 충전대상물이 송신코일(34)의 분기부(36)를 따라 이동경로를 변경하여 진행하게 되면 페라이트코어(10) 및 수신코일(32)이 분기부(36)를 따라 이동경로를 변경하게 되는데, 페라이트코어(10)와 일체로 형성되는 간섭방지부(50)의 작용에 의해 페라이트코어(10)가 송신코일(34)과 간섭되지 않는 상태를 유지하면서 분기부(36)를 따라 이동경로를 변경할 수 있게 된다. 상기한 바와 같이 본 실시예는, 페라이트코어(10)가 분기부(36)를 따라 이동경로를 변경하는 경우에 간섭방지부(50)의 작용에 의해 페라이트코어(10)와 송신코일(34)과 간섭되는 것을 방지하여 충전대상물의 이동경로를 복수의 경로로 확장시킬 수 있게 된다. 분기부(36)는, 송신코일(34)의 연장방향으로부터 이격되는 방향으로 하나 또는 둘 이상 분기되어 이루어지므로 송신코일(34)의 이동경로가 '+'모양 또는 'Y'모양 등 다양한 모양으로 적용될 수 있고, 반도체 생산공정에 설치되는 충전대상물인 경우에 다양한 공정으로 충전대상물을 이동시키면서 충전작업을 진행할 수 있게 된다. 본 실시예의 페라이트코어(10)는, 송신코일(34)의 개구부를 따라 삽입되어 수신코일(32)이 권취되는 권취부(12)와, 권취부(12)의 단부로부터 연장되어 자기장 형성 공간을 제공하는 확장부(14)를 포함한다. 확장부(14)의 크기와 형상에 따라 유도전기를 발생시키는 자기장 형성공간을 결정하게 되는데, 본 실시예의 확장부(14)는 송신코일(34)의 개구부에 대향되게 배치되어 간서방지부를 이루게 된다. 따라서 본 실시예의 간섭방지부(50)는, 확장부(14)가 송신코일(34)의 개구부에 대향되게 배치되어 송신코일(34) 및 분기부(36)와 분리되는 위치에 배치되는 확장패널을 포함하고, 권취부(12)의 일단에 일체로 형성되고, 송신코일(34)의 개구부에 대향되게 배치되어 송신코일(34) 및 분기부(36)와 분리되는 위치에 배치되는 제1확장패널(52)과, 권취부(12)의 타단에 일체로 형성되고, 송신코일(34)의 개구부에 대향되게 배치되어 송신코일(34) 및 분기부(36)와 분리되는 위치에 배치되고, 제1확장패널(52)와 일정한 간격을 유지하는 제2확장패널(54)를 포함한다. 따라서 제1확장패널(52), 제2확장패널(54) 및 권취부(12)로 이루어지는 페라이트코어(10)는 'H'모양으로 이루어져 중앙부에 배치되는 권취부(12)에 수신코일(32)이 권취되고, 제1확장패널(52) 및 제2확장패널(54)는 송신코일(34)의 상부 및 하부에 배치되어 송신코일(34)과 분리되는 공간에 배치된다. 본 실시예의 송신코일(34)은 시작점과 종료점이 서로 연결되는 폐루프 형상으로 이루어져 직선 공간을 왕복하는 모양으로 설치될 수 있고, 직선 구간으로부터 측방향으로 복수 개의 분기부(36)가 형성될 수 있어 다양한 모양의 이동경로를 제공할 수 있게 된다. 상기한 바와 같이 본 실시예의 송신코일(34)은 폐루프 형상으로 설치되고, 송신코일(34)의 내부를 수신코일(32)이 이동되게 설치되어 단일 공진기 구조를 이루므로 일반적으로 사용되는 다중 공진기 구조와 비교하여 수신부 추적, 송신부 스위칭 등의 제어요소가 생략될 수 있고, 무선 충전 시스템의 구조가 단순화됨과 동시에 무선 충전 시스템 제조에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있게 된다. 본 실시예의 페라이트코어(10)는 송신코일(34)의 내부에 삽입되는 권취부(12)와, 권취부(12)의 상단 및 하단에 송신코일(34)로부터 분리된 위치에 배치되는 제1확장패널(52) 및 제2확장패널(54)를 포함하여 이루어지므로 권취부(12)가 다양한 방향으로 이동경로를 변경하여도 제1확장패널(52)와 제2확장패널(54)가 송신코일(34)과 간섭되지 않고 자유롭게 이동경로를 변경할 수 있게 된다. 따라서 본 실시예의 확장패널은 권취부(12)와 비교하여 폭이 넓게 형성되는 정사각 패널로 이루어질 수