KR101174400B1 - 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기 - Google Patents

공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기 Download PDF

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Abstract

공명형 무선전력 전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기는, 자기 공진 코일과 동축형 커패시터를 포함한다. 동축형 커패시터는 자기 공진 코일에 결합되고, 분포 정수형 커패시턴스를 가진다.

Description

공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기{Space-adaptive self-resonator for wireless power transfer based on resonance}
본 발명은, 자기 공진(또는 공명) 방식의 무선 전력 전송 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기이다.
전력 및 에너지는 이제 통신과 같이 무선시대가 될 것이며, 이동통신 기술이 디지털화 되듯이 전력 발전도 점차 디지털화를 지향하고 있다. 무선전력 전송기술은, 마이크로파 전송방식(GHz, ~수백Km), 초고주파 방사 방식(MHz~GHz, ~10m), 자기공명 방식(MHz, ~m), 및 유도결합방식(KHz, mm)으로 분류할 수 있다.
국제특허출원번호 PCT/KR 제2005/002468호(국제특허공개번호 WO 2006/011769 A1)에는 LC 공진을 이용한 전자기파 증폭 중계기를 이용하여 전력 수신 거리를 증가시키는 구성을 개시한다. 여기서는, 자속을 증가시키기 위한 자성체에 유도 코일을 감은 솔레노이드 타입의 코일에 집중 소자형 가변 커패시터를 사용하여 LC 공진을 시키는 방식을 사용한다. 그러나, PCT/KR 제2005/002468호에 개시된 발명은 집중 소자형 가변 커패시터를 사용하여 송신 공진 코일과 수신 공진 코일의 공진 주파수를 튜닝(tuning)하도록 하고 있으나, 자기 공진기의 선택도(Quality factor)가 매우 높기 때문에 일반적인 가변 커패시터의 사용으로 전체 공진기의 Quality factor를 저하시켜 전력전송 시스템의 성능을 열화시킬 수 있다.
미국 공개번호 제2009-0224856 A1호인 미국특허에서는, 자기 공명 방식을 사용한 무선 전력 전송 방식을 개시한다. 제2009-0224856 A1호에 개시된 발명에서의 자기 공진기는 단일 루프에 원형의 평행 평판형 커패시터를 사용하였다. 이 경우, 원형의 평행 평판형 커패시터는 용량이 커질수록 부피가 커지며, 모양의 변화가 쉽지 않을 수 있다.
미국 공개 번호 US 2009-0072629 A1 특허에서는 국내 특허(등록번호: 10-0809461)와 유사한 방법으로 가변 커패시터를 사용하여 자기 공진 코일을 구성하였다. 그러나, US 2009-0072629 A1에 개시된 특허도 국내 특허와 마찬가지로 집중 소자형 커패시터를 사용하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 자계 공명(magnetic resonance)을 이용한 무선전력전송 시스템에 있어서, 자기 공진 코일의 전도 손실을 줄여 전력전송 효율을 개선하고, 분포정수형 동축 커패시터를 이용하여 공진 주파수 튜닝(tuning)이 가능한 공간 적응형 자기 공진기를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기는, 자기 공진 코일 및 상기 자기 공진 코일에 결합된 동축형 커패시터를 포함하며, 상기 동축형 커패시터는 분포 정수형 커패시턴스를 가질 수 있다.
상기 동축형 커패시터는 상기 자기 공진 코일의 일단에 연결되고, 상기 자기 공진 코일의 다른 일단은 상기 동축형 커패시터의 외부 도체에 연결될 수 있다.
상기 동축형 커패시터의 내부 도체를 상기 자기 공진 코일로 하는 것에 의해 상기 동축형 커패시터는 상기 자기 공진 코일과 일체로 제작될 수 있다.
상기 자기 공진 코일은 평면에 배치되는 스파이럴 형태의 코일을 포함하며, 상기 스파이럴 형태는, 동일 중심을 가지는 원형 또는 정사각형 또는 직사각형 또는 다각형 또는 타원 형태 중 어느 하나이며, 상기 스파이럴 형태의 코일의 일단은 상기 동축형 커패시터의 외부 도체에 연결될 수 있다.
상기 자기 공진 코일은 단일 루프 형태의 코일을 포함하며, 상기 단일 루프 형태의 코일의 일단은 상기 동축형 커패시터의 외부 도체에 연결될 수 있다.
상기 자기 공진 코일은 다수개의 동심원 코일들을 높이 방향으로 가지는 헬릭스 형태의 코일을 포함하고, 상기 동축형 커패시터의 외부 도체는 상기 헬릭스 형태의 코일 내에 배치되어 상기 헬릭스 형태의 코일과 함께 동축 커패시터 구조를 형성하며, 상기 헬릭스 형태의 코일의 일단은 상기 동축형 커패시터의 외부 도체에 연결될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기는, 자기 공진 코일 및 상기 자기 공진 코일의 일부를 둘러싸는 외부 도체를 포함하며, 상기 외부 도체와, 상기 외부 도체에 의해 둘러싸인 자기 공진 코일의 일부는 동축형 커패시터 구조를 형성할 수 있다.
상기 자기 공진기의 공진 주파수는 상기 외부 도체의 길이가 조절되는 것에 의해 조절되며, 상기 동축형 커패시터 구조는 분포 정수형 커패시턴스를 가질 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기는, 서로 병렬로 연결된 적어도 두 개의 자기 공진 코일들 및 상기 자기 공진 코일들 각각에 결합된 각각의 동축형 커패시터들을 포함하며, 상기 각각의 동축형 커패시터들은 서로 병렬로 연결되며, 분포 정수형 커패시턴스를 가질 수 있다.
상기 각각의 동축형 커패시터들은 상기 자기 공진 코일들 각각의 일단에 연결될 수 있다.
상기 각각의 동축형 커패시터들의 내부 도체를 상기 자기 공진 코일들 각각으로 하는 것에 의해 상기 각각의 동축형 커패시터들은 상기 자기 공진 코일들 각각과 일체로 제작될 수 있다.
상기 자기 공진 코일들의 병렬 연결에 의해, 상기 자기 공진 코일들의 병렬 합성 저항 값은 상기 각각의 자기 공진 코일들의 저항 값 보다 상대적으로 작아지고 동시에 상기 자기 공진 코일들의 병렬 합성 인덕턴스는 작아지지만 상기 자기 공진 코일들 사이의 상호 결합 인덕턴스에 의해 증가되어 상기 자기 공진 코일들의 전체 인덕턴스는 상기 자기 공진 코일들에 포함된 자기 공진 코일의 인덕턴스와 실질적으로 동일하게 되고, 상기 동축 커패시터들의 병렬 연결에 의해, 동축 커패시터들의 병렬 합성 커패시턴스는 상기 각각의 동축 커패시터들의 커패시턴스 보다 상대적으로 커질 수 있다.
상기 병렬로 연결된 자기 공진 코일들은 N단 M열(상기 N 및 상기 M은 각각 자연수)로 배치되는 병렬 공진 코일 구조를 가지고, 상기 M열은 서로 병렬로 연결된 M개의 자기 공진 코일들을 포함하며, 상기 N단은 상기 M개의 자기 공진 코일들을 하나의 레이어(layer)로 하여 상기 레이어를 상기 N개 포함하고, 상기 N단은 다수의 층들로 형성되고, 상기 N단의 레이어들은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
상기 병렬로 연결된 자기 공진 코일들은 N단 2열(상기 N은 자연수)로 배치되는 병렬 공진 코일 구조를 가지고, 상기 2열은 서로 병렬로 연결된 2개의 자기 공진 코일들을 포함하며, 상기 N단은 상기 2개의 자기 공진 코일들을 하나의 레이어(layer)로 하여 상기 레이어를 상기 N개 포함하고, 상기 N단은 다수의 층들로 형성되어 코일 지지대를 둘러싸고 상기 N단의 레이어들은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기는, 서로 병렬로 연결된 적어도 두 개의 자기 공진 코일들 및 상기 각각의 자기 공진 코일들의 일부를 둘러싸는 각각의 외부 도체들을 포함하며, 상기 각각의 외부 도체들과, 상기 각각의 외부 도체들에 의해 둘러싸인 각각의 자기 공진 코일들의 일부는 동축형 커패시터들을 형성하며, 상기 동축형 커패시터들은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기는, 자계 공명을 이용한 무선전력전송 시스템에 있어서, 자기 공진 코일의 전도 손실을 줄여 전력전송 효율을 개선할 수 있고, 자기 공진 코일에 결합된 동축형 커패시터 구조를 이용하여 공진 주파수의 조절이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명은, 자기 공진기를 구현하기 위해, 일반적인 리츠 코일(Litz coil)을 병렬로 연결하는 것에 의해 전도 저항 값을 낮출 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 리츠 코일이 병렬로 연결된 자기 공진기 구조에 의해 자기 공진기의 자기 인덕턴스 값은 동일하지만, 전도 저항 값을 줄일 수 있기 때문에 전송 효율을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명은 분포정수형 동축 커패시터를 사용하는 것에 의해 조금씩 변경되는 자기 공진 코일의 공진 주파수를 튜닝할 수 있다. 이를 통하여 송수신 자기 공진 코일의 공진 주파수를 맞출 수 있어(동기시킬 수 있어), 전체 무선 전력 전송 시스템의 효율을 개선할 수 있다. 특히, 분포 정수형 커패시터는 일반적인 집중 소자형 커패시터보다 훨씬 더 큰 전압에서도 견딜 수 있어, 수십 와트(watt) 이상의 무선전력전송 시스템에서도 효과적으로 활용될 수 있다. 동축형 커패시터는 다양한 모양으로 제작이 가능하고 곡선 모양이 가능하여, 자기 공진 코일의 모양에 맞게 사용할 수 있으며, 특히, 부피가 작은 공간에서도 쉽게 구현이 가능하다.
또한, 본 발명은 외부 환경의 변화에 따른 공진 주파수의 변동을 줄여 주어, 무선전력전송 시스템의 전송 신뢰도를 개선할 수 있다. 즉, 외부 물체의 변동에 따라 변경되는 커패시턴스 값보다 더 큰 커패시터를 사용함으로써 외부의 변화에 따른 공진 주파수의 변동을 제거할 수 있다. 이러한 결과로 전체 시스템의 전력전송 신뢰도는 증가될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기(self-resonator)(100)를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기(200)를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기의 등가 회로(300)를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 각 레이어(layer)의 등가 회로의 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기(500)를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 자기 공진기의 공진 주파수 및 투과계수를 설명하는 도표(table)이다.
본 발명 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
자계 공명(magnetic resonance)을 이용한 무선전력전송 시스템에 있어서, 적절한 자기 공진기(self-resonator)의 설계가 매우 중요하다. 자계 공명은 전자기 유도 방식의 하나일 수 있다. 자기 공진기에서 생길 수 있는 문제점들에 대해 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
첫째, 전송 효율을 개선하기 위해서는 자기 공진기에 의한 전도성 저항에 의한 손실을 줄여야 한다.
둘째, 일반적으로, 자기 공진기는 조금씩 다른 공진 주파수를 갖는다. 이는 전송 효율 저하에 직접적인 영향을 주기 때문에 자기 공진기에서 공진 주파수의 튜닝(tuning)이 가능하여야 한다.
셋째, 공진 주파수는 코일의 커패시턴스(C)와 인덕턴스 값(L)으로 결정된다. 즉, 공진 주파수(f)는
Figure 112010072807470-pat00001
일 수 있다. 보편적으로 사용되는 헬릭스(helix) 형과 평판 스파이럴 형은 공진기 자체의 커패시턴스가 대략 수십 pF 이하로 매우 작다. 이 경우, 외부의 유전체(사람, 동물 등)와의 간섭에 의해 자기 공진기(self resonator)의 자기 커패시턴스(Self-capacitance)값이 변화되고, 변화된 양은 원래 코일의 자기 커패시턴스 보다 더 큰 값을 가지므로, 자기 공진기의 공진 주파수가 이동하여 전력 전달의 신뢰성이 매우 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기(self-resonator)(100)를 설명하는 도면이다. 자기 공진기(100)의 구조는 동축(coaxial) 형태(형상)의 분포 정수형 커패시터(distributed constant capacitor)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 자기 공진기(100)는, 다수개의 동심원 코일들을 높이 방향으로 가지는 헬릭스 형태의 코일(110)인 자기 공진 코일과, 외부 도체(130)를 포함한다. 상기 자기 공진 코일은, 예를 들어, 헬릭스 형태의 코일뿐만 아니라 평면에 배치(구현)되는 스파이럴(spiral) 형태의 코일(또는 평판형 스파이럴 형태의 코일)을 포함하며, 상기 스파이럴 형태는, 동일 중심을 가지는 원형 또는 정사각형 또는 직사각형 또는 다각형 또는 타원 형태 중 어느 하나일 수 있으며, 스파이럴 형태의 코일의 일단(a tip)은 외부 도체(130)에 연결될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 자기 공진 코일은 단일 루프 형태의 코일(또는 평판형 루프(loop) 코일)일 수 있으며, 상기 단일 루프 형태의 코일의 일단은 외부 도체(130)에 연결될 수 있다. 즉, 자기 공진 코일(110) 및 외부 도체(130)가 동축 커패시터 구조를 형성하는 모든 동축 모양의 코일의 경우에 본 발명이 적용될 수 있다. 루프 형태의 코일은 자계 강도를 크게 할 수 있다는 장점이 있다.
외부 도체(130)는 자기 공진 코일(110)의 일부를 둘러싸는(에워싸는) 원통 형태를 가진다. 외부 도체(130)과 자기 공진 코일(110)은 동일 중심을 가진다. 외부 도체(130)와, 외부 도체(130)에 의해 둘러싸인 자기 공진 코일(110)의 일부는 동축형 커패시터 구조를 형성한다. 상기 동축형 커패시터는 도 1에 도시된 바와 같이 길이 h를 가질 수 있다. 상기 동축형 커패시터의 단면을 확대한 도면이 도 1에서 참조 번호 170로 표시되어 있다. 참조 번호 170로 표시된 도면을 참조하면, 동축형 커패시터 구조의 내부 도체인 자기 공진 코일(110)의 반경은 a일 수 있고, 동축형 커패시터 구조의 외부 도체(130)의 반경은 b일 수 있다. 동축형 커패시터의 경우, 내심(내부 도체)인 자기 공진 코일(110)과 외부 도체(130) 사이의 공간에 유전체를 채우고 사용될 수도 있고 유전체를 채우지 않고 진공 또는 공기 상태에서 사용될 수도 있다.
자기 공진 코일(110)은 다수개의 동심원 코일들을 높이 방향(H)으로 가지는 헬릭스 형태의 코일을 포함하고, 외부 도체(130)는 헬릭스 형태 코일의 일단(도 1에 참조 번호 170으로 표시된 부분의 자기 공진 코일(110)의 일단) 주위로 배치되어 상기 헬릭스 형태의 코일과 함께 동축 커패시터 구조를 형성하며, 상기 헬릭스 형태의 코일의 일단(150)은 외부 도체(130)에 연결된다. 상기 헬릭스 형태의 코일은, 두께 d, 및 높이 H를 가질 수 있고, 반지름 r로 일정할 수 있다.
자기 공진기(100)는 송전부 공진기 및 수전부 공진기로 사용될 수 있다. 자기 공진기(100)가 송전부 공진기로 사용되는 경우, 상기 헬릭스 형태의 코일의 일단(150)의 일부분과, 참조 번호 170으로 표시된 부분의 자기 공진 코일(110)의 일단에 교류 전원이 인가되어 무선 전력을 송신할 수 있다.
자기 공진기(100)가 수전부 공진기로 사용되는 경우, 상기 헬릭스 형태의 코일의 일단(150)의 일부분과, 참조 번호 170으로 표시된 부분의 자기 공진 코일(110)의 일단에 전등과 같은 부하가 연결되어 무선 전력을 수신할 수 있다.
상기 동축 커패시터는 헬릭스 모양의 코일(110)과 일체형으로 제작이 가능하여, 원형의 평판형 커패시터와 같이 추가적인 부피를 차지하지 않는다. 즉, 상기 동축형 커패시터는 자기 공진 코일(110)을 내부 도체로 하고 도체(130)를 외부 도체로 하는 구조이므로, 자기 공진 코일(110)에 플레이트(plate) 형태가 원형인 평판형 커패시터를 별도로 제작하여 연결할 필요가 없으므로, 자기 공진기(100)의 부피가 작아진다. 동축형 커패시터는 다양한 모양으로 제작이 가능하고 도 1에 도시된 바와 같이 곡선 모양이 가능하여, 자기 공진 코일의 모양에 맞게 사용할 수 있으며, 특히, 부피가 작은 공간에서도 쉽게 구현이 가능하다.
도 1에 도시된 자기 공진기(100)의 동축 커패시터의 커패시턴스를 증가시키기 위하여, 상기 동축 커패시터는 병렬로 결선되어 사용될 수도 있다.
전술한 도 1에 대한 설명에서 동축형 커패시터는 자기 공진 코일과 일체형인 구조로 하여 설명되었지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 동축형 커패시터를 자기 공진 코일과 일체형으로 하지 않고 다른 임의의 모양으로 제작하여 자기 공진 코일에 결합시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서 자계 강도를 크게 하기 위하여 자기 공진 코일은 루프 (loop) 모양이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 자기 공진 코일(110)의 일단(참조 번호 170으로 표시된 부분)에 동축형 커패시터를 결합시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기는, 자기 공진 코일과, 상기 자기 공진 코일에 결합된 동축형 커패시터를 포함할 수 있다. 상기 동축형 커패시터는 분포 정수형 커패시턴스를 가질 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 동축형 커패시터는 상기 자기 공진 코일의 일단에 연결될 수 있고, 상기 자기 공진 코일의 다른 일단은 상기 동축형 커패시터의 외부 도체에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 동축형 커패시터의 내부 도체를 상기 자기 공진 코일로 하는 것에 의해 상기 동축형 커패시터는 상기 자기 공진 코일과 일체로 제작될 수 있다.
자기 공진 코일(110)의 자기 인덕턴스(self inductance)인 L은 다음과 같은 [수학식 1]에 의해 구해질 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112010072807470-pat00002
상기 [수학식 1]에서, N은 권선수이고, r은 자기 공진 코일(110)의 반경이고, H는 자기 공진 코일(110)의 높이이다.
자기 공진기(100)의 전체 커패시턴스는 헬릭스 형태(모양)에 의한 커패시턴스와 동축 커패시터의 커패시턴스로 구성되며, 동축 커패시턴스가 헬릭스에 의한 커패시턴스보다 대략 수배이상 크다. 동축 커패시터의 커패시턴스는 다음과 같이 구할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112010072807470-pat00003
상기 [수학식 2]에서,
Figure 112010072807470-pat00004
는 진공의 유전율이고,
Figure 112010072807470-pat00005
는 유전체의 비유전율이고, h는 동축 커패시터의 길이이고, a 및 b는 각각 내부 도체와 외부 도체(130)의 반지름이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 동축 모양의 분포 정수형 커패시터를 갖는 헬릭스 또는 평판형 스파이럴 형의 자기 공진기를 제안한다. 현실적으로 제작할 때마다 자기 공진기의 공진 주파수는 조금씩 다르기 때문에, 공진 주파수 튜닝이 필요하며, 이를 위해서 분포정수형 커패시터를 사용한다. 예를 들어, 동축형 구조를 사용할 수 있다. 동축형 구조는 제작이 쉽고, 다양한 모양에 적합하도록 설계가 가능하다. 특히, adaptive matching이 가능하도록 설계할 수 있다. 상기 자기 공진기의 공진 주파수는 동축형 커패시터의 외부 도체의 길이를 조절하는 것에 의해 조절될 수 있다.
공진기 근처에 사람이 접근하거나, 움직이는 다른 물체가 있을 경우 자기 공진기의 커패시턴스가 변화하며, 이의 결과로 공진 주파수가 이동되어 전송 효율이 저하된다. 이에 대한 해결 방법으로 본 발명에서는 백 pF이상의 높은 선택도(High Q)의 커패시터를 사용한다. 이를 위하여 집중 분포 소자를 사용할 수 있으나, 집중소자 형태의 커패시터는 가격이 비싸고, 부피가 큰 단점이 있어, 본 발명에서는 동축 형태의 분포정수형 커패시터를 사용한다.
또한, 본 발명은 분포정수형 동축 커패시터를 사용하는 것에 의해 조금씩 변경되는 자기 공진 코일의 공진 주파수를 튜닝할 수 있다. 이를 통하여 송수신 자기 공진 코일의 공진 주파수를 맞출 수 있어(동기시킬 수 있어), 전체 무선 전력 전송 시스템의 효율을 개선할 수 있다. 특히, 분포 정수형 커패시터는 일반적인 집중 소자형 커패시터보다 훨씬 더 큰 전압에서도 견딜 수 있어, 수십 와트(watt) 이상의 무선전력전송 시스템에서도 효과적으로 활용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기(200)를 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 자기 공진기(200)는, 다수개의 동심원 코일들을 높이 방향으로 가지는 헬릭스 형태의 코일인 자기 공진 코일(210)과, 외부 도체(230)를 포함한다. 외부 도체(230)는 자기 공진 코일(110)의 일부를 둘러싸는 원통 형상을 가진다. 외부 도체(230)와, 외부 도체(230)에 의해 둘러싸인 자기 공진 코일(210)의 일부는 동축형 커패시터 구조를 형성한다.
도 2에 도시된 자기 공진 코일(210)은 다수개의 동심원 코일들을 높이 방향(H)으로 가지는 헬릭스 형태의 코일을 포함하고, 외부 도체(230)는 상기 헬릭스 형태 코일의 중심에 배치되어 상기 헬릭스 형태의 코일과 함께 동축 커패시터 구조를 형성하며, 상기 헬릭스 형태의 코일의 일단(270)은 외부 도체(230)에 연결될 수 있다.
자기 공진기(200)는 송전부 공진기 및 수전부 공진기로 사용될 수 있다. 자기 공진기(200)가 송전부 공진기로 사용되는 경우, 상기 헬릭스 형태의 코일의 일단(250)의 일부분과, 참조 번호 290으로 표시된 부분의 외부 도체(230)의 일단에 교류 전원이 인가되어 무선 전력을 송신할 수 있다. 헬릭스 형태의 코일의 일단(250)은 길이 h인 외부 도체(230) 내에서 h의 길이만큼 연장된다.
자기 공진기(200)가 수전부 공진기로 사용되는 경우, 상기 헬릭스 형태의 코일의 일단(250)의 일부분과, 참조 번호 290으로 표시된 부분의 외부 도체(230)의 일단에 전등과 같은 부하가 연결되어 무선 전력을 수신할 수 있다.
자기 공진기(200)의 구성 및 작용에 대한 설명은 도 1에 도시된 자기 공진기(100)의 설명과 유사하므로, 설명의 편의상 본 명세서에서는 생략되고 도 1에 대한 자기 공진기(100)의 설명이 참조될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 1에 대한 설명에서는 동축형 커패시터 구조가 헬릭스 형태의 코일의 일단에 배치되는 것으로 설명되었고, 도 2에 대한 설명에서는 동축형 커패시터 구조가 헬릭스 코일의 중심에 배치되는 것으로 설명되었지만, 본 발명은 분포 정수형 커패시터이고 커패시턴스 값이 상대적으로 큰 동축형 커패시터 구조에 적용되므로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 공진기에 있어서, 동축형 커패시터 구조는 자기 공진 코일 내의 다양한 위치에 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기의 등가 회로(300)를 설명하는 도면이다.
도 3에 도시된 자기 공진기의 등가 회로(300)는, 서로 병렬로 연결된 적어도 두 개의 자기 공진 코일들과, 상기 각각의 자기 공진 코일들의 일부를 둘러싸는 각각의 외부 도체들을 포함할 수 있다. 상기 각각의 외부 도체들과, 상기 각각의 외부 도체들에 의해 둘러싸인 각각의 자기 공진 코일들의 일부는 동축형 커패시터들을 형성하며, 상기 동축형 커패시터들은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 상기 각각의 자기 공진 코일들과 상기 각각의 외부 도체들은, 예를 들어, 도 1 또는 도 2에 도시된 자기 공진 코일 및 외부 도체일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기는, 서로 병렬로 연결된 적어도 두 개의 자기 공진 코일들과, 상기 자기 공진 코일들 각각에 결합된 각각의 동축형 커패시터들을 포함할 수 있다. 상기 각각의 동축형 커패시터들은 서로 병렬로 연결되며, 분포 정수형 커패시턴스를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 각각의 동축형 커패시터들은 상기 자기 공진 코일들 각각의 일단에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 각각의 동축형 커패시터들의 내부 도체를 상기 자기 공진 코일들 각각으로 하는 것에 의해 상기 각각의 동축형 커패시터들은 상기 자기 공진 코일들 각각과 일체로 제작될 수 있다.
도 3을 참조하면, 자기 공진기의 등가 회로(300)는 송전부 공진기(송신 공진기)(310) 및 수전부 공진기(수신 공진기)(330)를 포함한다. 송전부 공진기(310)는 송전부 공진 코일인 Tx(transmitter) resonant coil과, "C"로 표시된 병렬로 연결된 동축형 커패시터를 포함한다. 수전부 공진기(330)는 수전부 공진 코일인 Rx(receiver) resonant coil과, "C‘"로 표시된 병렬로 연결된 동축형 커패시터를 포함한다. Rc 및 Rc’는 각각 병렬로 연결된 동축형 커패시터의 저항 성분을 나타낸다. 송전부 공진 코일과 수전부 공진 코일은, 예를 들어, 리츠(Litz) 와이어로 각각 이루질 수 있다.
Tx resonant coil과 Rx resonant coil 각각은 N단(stage) M열 병렬 공진 코일 구조를 가질 수 있다. Tx resonant coil의 N단들인 제1 레이어(layer) 내지 제N 레이어(layer)(1-layer, 2-layer, ...., N-layer) 각각은 도 1 또는 도 2에 도시된 자기 공진기의 자기 공진 코일 또는 도 1에 대한 설명에서 언급한 자기 공진 코일이 다수개 배치되어 병렬로 연결되어 있다. 상기 N은 자연수이다. 상기 제1 레이어 내지 제N 레이어는 서로 병렬로 연결되어 있다. Rx resonant coil의 구성 및 배치 구조는 전술한 Tx resonant coil의 구성 및 배치 구조와 동일할 수 있다.
도 1 또는 도 2에 도시된 자기 공진기의 자기 공진 코일 또는 도 1에 대한 설명에서 언급한 자기 공진 코일이 다수개 병렬로 연결된 layer들은 다수의 층들인 겹층으로 형성되어 배치되거나 또는 동일한 평면에 배치될 수 있다.
요약하면, 자기 공진기의 등가 회로(300)에 포함된 송전부 공진기(310)(또는 수전부 공진기(330))는 N단 M열(상기 N 및 상기 M은 각각 자연수)로 배치되는 병렬 공진 코일 구조를 포함하고, 상기 M열은 서로 병렬로 연결된 M개의 자기 공진 코일들을 포함한다. 상기 N단은 상기 M개의 자기 공진 코일들을 하나의 레이어로 하여 상기 레이어를 상기 N개 포함하고, 상기 N단은 다수의 층들로 형성되거나 또는 동일한 평면에 배치되고, 상기 N단의 레이어들은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
자기 공진기의 등가 회로(300)의 Tx resonant coil의 전체 저항 값(Rtotal)(또는 전도 저항 값)은 다음의 [수학식 3]과 같다.
[수학식 3]
Figure 112010072807470-pat00006
[수학식 3]에서
Figure 112010072807470-pat00007
는 R1,R2, ..., RM의 상호간의 병렬 합성 저항 값(병렬 등가 저항 값)을 의미하고, R1, R2, ..., RM 각각은 Tx resonant coil에 포함된 자기 공진 코일의 저항 성분이다.
인덕턴스(L) 또한 병렬로 연결되기 때문에 작아지지만, 코일 사이의 상호 인덕턴스(M)의 영향으로 L1 내지 LM 상호간의 병렬 합성 인덕턴스를 N으로 나눈 값이 되는 것이 아니고 원래 하나의 코일이 가졌던 인덕턴스 만큼 가질 수 있다. 따라서 도 3에 제안된 배열을 하면 동일한 인덕턴스를 형성시키면서 전도 저항을 낮출 수 있다.
즉, 자기 공진 코일들의 병렬 연결에 의해, 자기 공진 코일들의 병렬 합성 저항 값은 상기 각각의 자기 공진 코일들의 저항 값보다 상대적으로 작아지고 동시에 상기 자기 공진 코일들의 병렬 합성 인덕턴스는 작아지지만 상기 각각의 자기 공진 코일들 사이의 상호 결합 인덕턴스에 의해 증가되어 상기 자기 공진 코일들의 전체 인덕턴스는 상기 자기 공진 코일들에 포함된 자기 공진 코일의 인덕턴스(즉, 원래의 자기 공진 코일의 인덕턴스)와 실질적으로 동일하게 된다.
또한, 동축 커패시터들의 병렬 연결에 의해, 동축 커패시터들의 병렬 합성 커패시턴스는 상기 각각의 동축 커패시터들의 커패시턴스 보다 상대적으로 커질 수 있다.
자기 공진기 의 선택도(quality factor(Q))는 아래와 같은 [수학식 4]로 정의될 수 있다. [수학식 4]로부터, 동일 주파수(또는 각 주파수인 ω)에 동일한 L 값을 갖는다면 저항이 작을수록 그 값은 커지고, 자기 공진기의 전송 효율은 개선됨을 알 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112010072807470-pat00008
Rx resonant coil의 구성 및 작용에 대한 설명은 전술한 Tx resonant coil의 구성 및 작용에 대한 설명과 유사하므로, Tx resonant coil의 구성 및 작용에 대한 설명이 참조될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 자기 공진기(300)는, 자계 공명을 이용한 무선전력전송 시스템에 있어서, 병렬 형태의 코일 결선 방법을 이용하여 자기 공진 코일의 전도 손실을 줄이는 것에 의해 전력전송 효율(Q)을 개선할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 각 레이어(layer)의 등가 회로의 실시예를 설명하는 도면이다. 도 4를 참조하면, 각 레이어는 M개의 코일들이 있고, M개의 코일 각각은 동축형 커패시터를 가질 수 있다. 각 레이어에서 인덕턴스 성분 및 동축 커패시터의 저항 성분은 설명의 편의상 도 5에서 생략된다. M개의 코일의 전체 합성 전도 저항 값은, 도 4에 도시된 바와 같이, R=
Figure 112010072807470-pat00009
이고, 만약 각 개별 코일의 R값이 동일하다면, N개 병렬로 연결된 구조는 R/M의 저항값을 갖는다. 서로 병렬로 연결된 동축형 커패시터들의 합성 커패시턴스는
Figure 112010072807470-pat00010
(여기서, M은 2이상의 자연수)이다. 따라서, 본 발명에 따른 자기 공진기의 동축 커패시터들이 병렬로 연결될 때, 커패시턴스 값이 증가될 수 있다. 동축 커패시터들의 저항 성분들도 병렬로 연결되므로, 동축 커패시터들의 전도 저항 값도 낮아질 수 있다.
한편, 도 4에 대한 설명에서는 인덕턴스를 위한 자기 공진 코일의 수와 동축 커패시터의 수가 일치되는 것으로 설명되었지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 원하는 공진 주파수(또는 커패시턴스 값)가 얻어질 수 있도록, 자기 공진 코일의 수에 대응한 동축 커패시터의 수가 달리하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 병렬로 연결된 자기 공진 코일들 중 동축 커패시터 구조를 형성하기 위한 외부 도체가 제거된 코일이 있을 수 있다.
따라서, 외부 물체의 변동에 따라 변경되는 커패시턴스 값보다 더 큰 커패시터를 사용함으로써 외부의 변화에 따른 공진 주파수의 변동을 제거할 수 있다. 이러한 결과로 전체 시스템의 전력전송 신뢰도는 증가될 수 있다. 결론적으로, 본 발명은 외부 환경의 변화에 따른 공진 주파수의 변동을 줄여 주어, 무선전력전송 시스템의 전송 신뢰도를 개선할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기(500)를 설명하는 도면이다. 즉, 도 5는 N단 2열 코일 구조의 연결 구성의 단면도로서, N Layer를 갖고 각 Layer마다 두 개의 자기 공진 코일들이 병렬로 연결된 모양의 구조에 대한 단면을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 상기 두 개의 코일들은 도 5에서 참조 번호들(11~16)과 참조 번호들(21~26)로 각각 표시된다.
제1 레이어(layer) 내지 제N 레이어(layer)(1-layer, 2-layer,...., N-layer) 각각은 도 1 또는 도 2에 도시된 자기 공진기 의 자기 공진 코일 또는 도 1에 대한 설명에서 언급한 자기 공진 코일이 다수개 배치되어 병렬로 연결되어 있다. 상기 N은 자연수이다. 상기 제1 레이어 내지 제N 레이어는 서로 병렬로 연결되어 있다.
도 5를 참조하면, 자기 공진기(500)는 상기 병렬로 연결된 자기 공진 코일들은 N단 2열(상기 N은 자연수)로 배치되는 병렬 공진 코일 구조를 가진다. 상기 2열은 서로 병렬로 연결된 2개의 자기 공진 코일들을 포함하며, 상기 N단은 상기 2개의 자기 공진 코일들을 하나의 레이어(층)로 하여 상기 레이어(층)를 상기 N개 포함하고, 상기 N단은 다수의 층들로 형성되어 코일 지지대(510)를 둘러싸고 상기 N단의 레이어들은 서로 병렬로 연결된다.
코일 지지대(510)는, 예를 들어, 코일 고정을 위한 원통모양 구조체일 수 있다. 동축형 커패시터는 도 5에 설명의 편의상 나타내지 않았고, 도 5에서
Figure 112010072807470-pat00011
표시된 부분은 전류가 면에서 나오는 방향을 나타내며,
Figure 112010072807470-pat00012
표는 전류가 면으로 들어가는 표시이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기를 설명하는 도면이다. 도 6은 병렬로 코일을 연결하여 전도 저항을 작게 하여 코일을 설계하는 방법을 제공한다.
도 6에 도시된 자기 공진기는 리츠 코일(Litz coil)을 사용하여 직경 50cm의 원통에 제작될 수 있다. 도 6의 도시된 자기 공진기는 도 1 또는 도 2에 도시된 자기 공진 코일들 또는 도 1에 대한 설명에서 언급한 자기 공진 코일들이 서로 병렬로 연결된 2-layer를 구비하고, 각 Layer는 두 개의 자기 공진 코일들이 병렬로 연결된 구조를 가진다. 또한, 도 6에는 병렬로 연결된 동축형 커패시터들이 도시되어 있고, 상기 병렬로 연결된 동축형 커패시터들의 커패시턴스는 300pF이다. 병렬로 연결된 동축 커패시터들은 상기 2-layer에 연결된다.
자계 공명에 있어 전력전송 효율을 개선하기 위해서는 자기 공진기의 전도성 저항에 의한 손실을 줄여야 한다. 현실적으로 가장 많이 활용되는 코일은 리츠 형태를 많이 사용한다. 이 경우 전도성 저항을 줄이기 위하여 여러 가는 선을 묶어 개별 도선의 수를 늘려, 전체 리츠의 단면적을 키워주면 저항 값은 떨어지지만, 제작 단가가 증가하고, 부피가 증가한다. 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이 일반적인 리츠 코일을 병렬로 연결하는 방법을 제시한다. 저항은 병렬로 연결될 경우 전체 코일의 저항값은 반으로 줄어든다. 특히, 병렬로 연결할 경우 자기 인덕턴스 값도 줄어들지만, 코일 내의 상호 인덕턴스 값이 증가하여 자기 공진기의 인덕턴스 값은 변동이 없다.
즉, 본 발명은, 자기 공진기를 구현하기 위해, 일반적인 리츠 코일(Litz coil)을 병렬로 연결하는 것에 의해 전도 저항 값을 낮출 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 리츠 코일이 병렬로 연결된 자기 공진기 구조에 의해 자기 공진기의 자기 인덕턴스 값은 동일하지만, 전도 저항 값을 줄일 수 있기 때문에 전송 효율을 개선할 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 자기 공진기 의 공진 주파수 및 투과계수를 설명하는 도표(table)이다. 즉, 도 7은 도 6에 도시된 자기 공진기(자기 공진 구조)를 사용하여 측정한 값을 나타내는 도표이다.
도 7을 참조하면, 자기 공진 코일의 거리에 따라 공진 주파수 및 최대 투과 계수(S21)가 달라짐을 알 수 있다. 투과계수(S21)는 도 6에 도시된 하나의 layer에서 자계 공명에 의해 발생된 전자기파가 나머지 다른 하나의 layer에 투과하는 비율을 의미할 수 있다.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110: 자기 공진 코일
130: 외부 도체
210: 자기 공진 코일
230: 외부 도체
310: 송전부 공진기
330: 수전부 공진기

Claims (21)

  1. 자기 공진 코일; 및
    상기 자기 공진 코일에 전기적으로 연결된 동축형 커패시터를 포함하며,
    상기 동축형 커패시터는 분포 정수형 커패시턴스를 가지며,
    상기 동축형 커패시터의 내부 도체는 상기 자기 공진 코일의 일단에 연결되고,
    상기 자기 공진 코일의 다른 일단은 상기 동축형 커패시터의 외부 도체에 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동축형 커패시터에 병렬로 연결되고 분포 정수형 커패시턴스를 가지는 제2 동축형 커패시터를 더 포함하는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  3. 자기 공진 코일;
    상기 자기 공진 코일에 전기적으로 연결된 동축형 커패시터; 및
    상기 동축형 커패시터에 병렬로 연결되고 분포 정수형 커패시턴스를 가지는 제2 동축형 커패시터를 포함하며,
    상기 동축형 커패시터는 분포 정수형 커패시턴스를 가지며,
    상기 동축형 커패시터의 내부 도체는 상기 자기 공진 코일과 일체로 제작되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  4. 자기 공진 코일; 및
    상기 자기 공진 코일에 전기적으로 연결된 동축형 커패시터를 포함하며,
    상기 동축형 커패시터는 분포 정수형 커패시턴스를 가지며,
    상기 동축형 커패시터의 내부 도체는 상기 자기 공진 코일과 일체로 제작되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자기 공진 코일은 평면에 배치되는 스파이럴 형태의 코일을 포함하며,
    상기 스파이럴 형태는, 동일 중심을 가지는 원형 또는 정사각형 또는 직사각 형 또는 다각형 또는 타원 형태 중 어느 하나이며,
    상기 스파이럴 형태의 코일의 일단은 상기 동축형 커패시터의 외부 도체에 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 자기 공진 코일은 단일 루프 형태의 코일을 포함하며,
    상기 단일 루프 형태의 코일의 일단은 상기 동축형 커패시터의 외부 도체에 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 자기 공진 코일은 다수개의 동심원 코일들을 높이 방향으로 가지는 헬릭스 형태의 코일을 포함하고,
    상기 동축형 커패시터의 외부 도체는 상기 헬릭스 형태의 코일 내에 배치되어 상기 헬릭스 형태의 코일과 함께 동축 커패시터 구조를 형성하며,
    상기 헬릭스 형태의 코일의 일단은 상기 동축형 커패시터의 외부 도체에 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 자기 공진 코일은 다수개의 동심원 코일들을 높이 방향으로 가지는 헬릭스 형태의 코일을 포함하고,
    상기 동축형 커패시터의 외부 도체는 상기 헬릭스 형태의 코일의 일단 주위로 배치되어 상기 헬릭스 형태의 코일과 함께 동축 커패시터 구조를 형성하며,
    상기 헬릭스 형태의 코일의 일단은 상기 동축형 커패시터의 외부 도체에 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 자기 공진 코일은 다수개의 동심원 코일들을 높이 방향으로 가지는 헬릭스 형태의 코일을 포함하고,
    상기 동축형 커패시터의 외부 도체는 상기 헬릭스 형태의 코일의 중심에 배치되어 상기 헬릭스 형태의 코일과 함께 동축 커패시터 구조를 형성하며,
    상기 헬릭스 형태의 코일의 일단은 상기 동축형 커패시터의 외부 도체에 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  10. 자기 공진 코일; 및
    상기 자기 공진 코일을 둘러싸는 외부 도체를 포함하며,
    상기 외부 도체와, 상기 외부 도체에 의해 둘러싸인 자기 공진 코일은 동축형 커패시터 구조를 형성하는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 자기 공진 코일에 병렬로 연결되는 제2 자기 공진 코일을 더 포함하며,
    상기 자기 공진 코일의 일단 및 상기 제2 자기 공진 코일의 일단은 상기 동축형 커패시터의 외부 도체에 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 자기 공진기 의 공진 주파수는 상기 외부 도체의 길이가 조절되는 것에 의해조절되며,
    상기 동축형 커패시터 구조는 분포 정수형 커패시턴스를 가지는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  13. 서로 병렬로 연결된 적어도 두 개의 자기 공진 코일들; 및
    상기 자기 공진 코일들 각각에 전기적으로 연결된 각각의 동축형 커패시터들을 포함하며,
    상기 각각의 동축형 커패시터들은 서로 병렬로 연결되며, 분포 정수형 커패시턴스를 가지며,
    상기 각각의 동축형 커패시터들의 내부 도체는 상기 자기 공진 코일들 각각의 일단에 연결되고,
    상기 자기 공진 코일들 각각의 다른 일단은 상기 각각의 동축형 커패시터들의 외부 도체에 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  14. 서로 병렬로 연결된 적어도 두 개의 자기 공진 코일들; 및
    상기 자기 공진 코일들 각각에 전기적으로 연결된 동축형 커패시터를 포함하며,
    상기 동축형 커패시터는 분포 정수형 커패시턴스를 가지며,
    상기 동축형 커패시터의 내부 도체는 상기 자기 공진 코일들 각각의 일단에 연결되고,
    상기 자기 공진 코일들 각각의 다른 일단은 상기 동축형 커패시터의 외부 도체에 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  15. 서로 병렬로 연결된 적어도 두 개의 자기 공진 코일들; 및
    상기 자기 공진 코일들 각각에 전기적으로 연결된 각각의 동축형 커패시터들을 포함하며,
    상기 각각의 동축형 커패시터들은 서로 병렬로 연결되며, 분포 정수형 커패시턴스를 가지며,
    상기 각각의 동축형 커패시터들의 내부 도체는 상기 자기 공진 코일들 각각과 일체로 제작되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 자기 공진 코일들의 병렬 연결에 의해, 상기 자기 공진 코일들의 병렬 합성 저항 값은 상기 각각의 자기 공진 코일들의 저항 값 보다 상대적으로 작아지고 동시에 상기 자기 공진 코일들의 병렬 합성 인덕턴스는 작아지지만 상기 자기 공진 코일들 사이의 상호 결합 인덕턴스에 의해 증가되어 상기 자기 공진 코일들의 전체 인덕턴스는 상기 자기 공진 코일들에 포함된 자기 공진 코일의 인덕턴스와 실질적으로 동일하게 되고,
    상기 동축 커패시터들의 병렬 연결에 의해, 동축 커패시터들의 병렬 합성 커패시턴스는 상기 각각의 동축 커패시터들의 커패시턴스 보다 상대적으로 커지는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 병렬로 연결된 자기 공진 코일들은 N단 M열(상기 N 및 상기 M은 각각 자연수)로 배치되는 병렬 공진 코일 구조를 가지고,
    상기 M열은 서로 병렬로 연결된 M개의 자기 공진 코일들을 포함하며,
    상기 N단은 상기 M개의 자기 공진 코일들을 하나의 레이어(layer)로 하여 상기 레이어를 상기 N개 포함하고,
    상기 N단은 다수의 층들로 형성되고, 상기 N단의 레이어들은 서로 병렬로 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 병렬로 연결된 자기 공진 코일들은 N단 2열(상기 N은 자연수)로 배치되는 병렬 공진 코일 구조를 가지고,
    상기 2열은 서로 병렬로 연결된 2개의 자기 공진 코일들을 포함하며,
    상기 N단은 상기 2개의 자기 공진 코일들을 하나의 레이어(layer)로 하여 상기 레이어를 상기 N개 포함하고,
    상기 N단은 다수의 층들로 형성되어 코일 지지대를 둘러싸고 상기 N단의 레이어들은 서로 병렬로 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  19. 서로 병렬로 연결된 적어도 두 개의 자기 공진 코일들 및
    상기 각각의 자기 공진 코일들의 일부를 둘러싸는 각각의 외부 도체들을 포함하며,
    상기 각각의 외부 도체들과, 상기 각각의 외부 도체들에 의해 둘러싸인 각각의 자기 공진 코일들의 일부는 동축형 커패시터들을 형성하며,
    상기 동축형 커패시터들은 서로 병렬로 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 자기 공진 코일들 각각은 다수개의 동심원 코일들을 높이 방향으로 가지는 헬릭스 형태의 코일을 포함하고,
    상기 외부 도체들 각각은 상기 헬릭스 형태의 코일의 일단 주위로 배치되어 상기 헬릭스 형태의 코일과 함께 동축 커패시터 구조를 형성하며,
    상기 헬릭스 형태의 코일의 일단은 상기 외부 도체들 각각에 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 자기 공진 코일들 각각은 단일 루프 형태의 코일을 포함하며,
    상기 단일 루프 형태의 코일의 일단은 상기 외부 도체들 각각에 연결되는 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기.
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