KR101374691B1 - 무선 전력 전송 장치 및 방법 - Google Patents

무선 전력 전송 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101374691B1
KR101374691B1 KR1020120047202A KR20120047202A KR101374691B1 KR 101374691 B1 KR101374691 B1 KR 101374691B1 KR 1020120047202 A KR1020120047202 A KR 1020120047202A KR 20120047202 A KR20120047202 A KR 20120047202A KR 101374691 B1 KR101374691 B1 KR 101374691B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resonator
sub
magnetic field
conductor portion
signal conductor
Prior art date
Application number
KR1020120047202A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120127231A (ko
Inventor
유영호
박은석
권상욱
김기영
김남윤
김동조
박윤권
윤창욱
최진성
홍영택
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to US13/464,515 priority Critical patent/US8842635B2/en
Publication of KR20120127231A publication Critical patent/KR20120127231A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101374691B1 publication Critical patent/KR101374691B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/70—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

무선으로 전력을 전송할 때, 발생하는 자기장을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 마그네틱 커플링을 통하여 타겟 디바이스에 전력을 무선으로 전송하고, 상기 소스 공진기의 공진 주파수에 대한 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수의 비율에 기초하여, 상기 소스 공진기의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 제어한다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION}
아래의 실시예들은 무선으로 전력을 전송할 때, 공진기 내부에서 발생하는 자기장을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 전력은, 무선 전력 전송 장치로부터 무선으로 무선 전력 수신 장치로 전달되는 에너지를 의미한다. 무선 전력 전송 시스템은, 전력을 무선으로 전송하는 소스와 전력을 무선으로 수신하는 타겟을 포함한다. 이때, 소스는 무선 전력 전송 장치라 칭할 수 있다. 또한, 타겟은 무선 전력 수신 장치라 칭할 수 있다.
소스는 소스 공진기(source resonator)를 구비하고, 타겟은 타겟 공진기(target resonator)를 구비한다. 소스 공진기와 타겟 공진기 사이에 마그네틱 커플링 또는 공진 커플링이 형성될 수 있다. 패드 타입의 소스 공진기에서는 일반적으로 소스 공진기 내부의 위치에 따라 발생하는 자기장의 세기가 동일하지 않다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 장치는 타겟 공진기와 마그네틱 커플링을 통하여 타겟 디바이스에 전력을 무선으로 전송하는 소스 공진기, 상기 소스 공진기의 내부에 위치하는 적어도 하나의 서브 공진기 및 상기 소스 공진기의 공진 주파수에 대한 상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수의 비율에 기초하여, 상기 소스 공진기의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 제어하는 자기장 분포 제어부를 포함한다.
상기 소스 공진기는 제1 신호 도체 부분 및 제2 신호 도체 부분과, 상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분에 대응되는 제1 그라운드 도체 부분을 포함하는 제1 전송 선로, 상기 제1 신호 도체 부분과 상기 제1 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제1 도체, 상기 제2 신호 도체 부분과 상기 제1 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제2 도체 및 상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분을 흐르는 전류에 대하여 직렬로 상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분 사이에 삽입되는 적어도 하나의 제1 캐패시터를 포함할 수 있다.
상기 제1 전송 선로, 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체는 루프 구조를 형성할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 장치는 상기 제1 전송 선로, 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체에 의해 형성되는 루프의 내부에 위치하여, 상기 소스 공진기의 임피던스를 결정하는 매칭기를 더 포함할 수 있다.
상기 자기장 분포 제어부는 상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수가 상기 소스 공진기의 공진 주파수보다 큰 값을 갖도록 제어하여, 상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기를 강화시키고, 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이 영역의 자기장의 세기를 약화시킬 수 있다.
상기 자기장 분포 제어부는 상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수가 상기 소스 공진기의 공진 주파수보다 작은 값을 갖도록 제어하여, 상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기를 약화시키고, 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이 영역의 자기장의 세기를 강화시킬 수 있다.
상기 자기장 분포 제어부는 상기 소스 공진기 내부의 소정영역에 위치한 복수의 서브 공진기들의 공진 주파수들을, 각각 상기 소스 공진기의 공진 주파수보다 작거나 큰 값을 갖도록 제어하여, 상기 복수의 서브 공진기들 내부의 자기장의 세기 및 상기 복수의 서브 공진기들과 상기 소스 공진기 사이 영역의 자기장의 세기를 제어할 수 있다.
상기 소스 공진기는 코일을 스파이럴(spiral) 형태로 n번 감은 스파이럴 공진기일 수 있다.
상기 적어도 하나의 서브 공진기는 제3 신호 도체 부분 및 제4 신호 도체 부분과, 상기 제3 신호 도체 부분 및 상기 제4 신호 도체 부분에 대응되는 제2 그라운드 도체 부분을 포함하는 제2 전송 선로, 상기 제3 신호 도체 부분과 상기 제2 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제3 도체, 상기 제4 신호 도체 부분과 상기 제2 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제4 도체 및 상기 제3 신호 도체 부분 및 상기 제4 신호 도체 부분을 흐르는 전류에 대하여 직렬로 상기 제3 신호 도체 부분 및 상기 제4 신호 도체 부분 사이에 삽입되는 적어도 하나의 제2 캐패시터를 포함할 수 있다.
상기 자기장 분포 제어부는 상기 제2 캐패시터의 캐패시턴스, 상기 제2 전송선로의 길이 및 폭을 제어함으로써, 상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수를 제어할 수 있다.
상기 제2 전송 선로, 상기 제3 도체 및 상기 제4 도체는 사각(rectangular) 형태의 루프 구조를 형성할 수 있다.
상기 제2 전송 선로, 상기 제3 도체 및 상기 제4 도체는 원(circular) 형태의 루프 구조를 형성할 수 있다.
상기 제2 전송 선로, 상기 제3 도체 및 상기 제4 도체는 십자(cross) 형태의 루프 구조를 형성할 수 있다.
상기 적어도 하나의 서브 공진기는 상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부에 위치하고, 상기 전력을 무선으로 전송 시, 상기 적어도 하나의 서브 공진기를 보조하여, 상기 소스 공진기의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 강화 또는 약화시키는 적어도 하나의 서브-서브 공진기를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 서브 공진기는 메타 공진기, 스파이럴(spiral) 공진기, helical 공진기 중 적어도 하나일 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 방법은 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 마그네틱 커플링을 형성하고, 상기 마그네틱 커플링을 통해 타겟 디바이스에 전력을 무선으로 전송하는 단계 및 상기 소스 공진기의 내부 중 소정영역에 위치한 적어도 하나의 서브 공진기를 통하여, 상기 마그네틱 커플링의 형성 시, 상기 소스 공진기의 공진 주파수에 대한 상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수의 비율에 기초하여, 상기 소스 공진기의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 서브 공진기는제3 신호 도체 부분 및 제4 신호 도체 부분과, 상기 제3 신호 도체 부분 및 상기 제4 신호 도체 부분에 대응되는 제2 그라운드 도체 부분을 포함하는 제2 전송 선로, 상기 제3 신호 도체 부분과 상기 제2 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제3 도체,상기 제4 신호 도체 부분과 상기 제2 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제4 도체 및 상기 제3 신호 도체 부분 및 상기 제4 신호 도체 부분을 흐르는 전류에 대하여 직렬로 상기 제3 신호 도체 부분 및 상기 제4 신호 도체 부분 사이에 삽입되는 적어도 하나의 제2 캐패시터를 포함한다.
상기 자기장의 분포를 제어하는 단계는 상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수가 상기 소스 공진기의 공진 주파수보다 큰 값을 갖도록 제어하여, 상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기를 강화시키고, 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이 영역의 자기장의 세기를 약화시킬 수 있다.
상기 자기장의 분포를 제어하는 단계는 상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수가 상기 소스 공진기의 공진 주파수보다 작은 값을 갖도록 제어하여, 상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기를 약화시키고, 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이 영역의 자기장의 세기를 강화시킬 수 있다.
상기 자기장의 분포를 제어하는 단계는 상기 소스 공진기 내부의 소정영역에 위치한 복수의 서브 공진기들의 공진 주파수들을, 각각 상기 소스 공진기의 공진 주파수보다 작거나 큰 값을 갖도록 제어하여, 상기 복수의 서브 공진기들 내부의 자기장의 세기 및 상기 복수의 서브 공진기들과 상기 소스 공진기 사이 영역의 자기장의 세기를 제어할 수 있다.
상기 자기장의 분포를 제어하는 단계는 상기 제2 캐패시터의 캐패시턴스, 상기 제2 전송선로의 길이 및 폭을 제어함으로써, 상기 서브 공진기의 공진 주파수를 제어할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 2에서 도 4는 다양한 종류의 소스 공진기의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 나타낸다.
도 5는 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 자기장 분포 제어부의 동작에 따라 소스 공진기 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 나타내는 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 다양한 종류 및 형태의 서브 공진기를 나타낸 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 소스 공진기가 스파이럴 형태의 공진기인 경우를 나타낸 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구체적 일 예를 나타낸 도면이다.
도 11 내지 도 15는 공진기들의 실시 예들을 나타낸다.
도 16은 도 10에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 17은 예시적인 다른 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 18은 일 실시예에 따른 전기 자동차(electric vehicle) 충전 시스템을 나타낸다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 소스 디바이스(110) 및 타겟 디바이스(120)를 포함한다. 이하의 설명에서 소스 디바이스는 무선 전력을 공급하는 디바이스를 의미하며, 디바이스에는 패드, 단말, TV, 의료기기, 전기 자동차(electric vehicle) 등 전력을 공급할 수 있는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 타겟 디바이스는 무선 전력을 공급받는 디바이스를 의미하며, 전력을 필요로 하는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 이때, 전자기기에는 패드, 단말, 태블릿, 의료기기, 전기 자동차(electric vehicle) 등이 포함될 수 있다.
소스 디바이스(110)는 AC/DC 컨버터(111), Power Detecter(113), 전력변환부(114), 제어 및 통신부(115) 및 소스 공진기(116)을 포함한다.
타겟 디바이스(120)는 타겟 공진기(121), 정류부(122), DC/DC 컨버터(123), 스위치부(124), 충전부(125) 및 제어 및 통신부(126)를 포함한다.
AC/DC 컨버터(111)는 Power Supply(112)로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 정류하여 DC 전압을 생성한다. AC/DC 컨버터(111)는 일정한 레벨의 DC 전압을 출력하거나, 제어 및 통신부(115)의 제어에 따라 DC 전압의 출력 레벨을 조정할 수 있다.
Power Detecter(113)는 AC/DC 컨버터(111)의 출력 전류 및 전압을 검출하고, 검출된 전류 및 전압에 대한 정보를 제어 및 통신부(115)로 전달한다. 또한, Power Detecter(113)는 전력변환부(114)의 입력 전류 및 전압을 검출할 수 도 있다.
전력변환부(114)는 수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호에 의하여 일정한 레벨의 DC 전압를 AC 전압으로 변환함으로써 전력을 생성할 수 있다. 즉, 전력변환부(114)는 공진 주파수를 이용하여 직류 전압을 교류 전압으로 변환함으로써, 타겟 디바이스에서 사용되는 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 생성할 수 있다. 여기서, "통신용 전력"은 타겟 디바이스의 통신 모듈 및 프로세서를 활성화 시키기 위한 에너지를 의미한다. 상기 활성화 시키기 위한 에너지라는 의미에서 "통신용 전력"은 웨이크 업(wake-up)전력이라고 불리울 수 있다. "통신용 전력"은 CW(constant wave)의 형태로 일정 시간 동안 전송될 수 있다. "충전용 전력"은 타겟 디바이스와 연결된 또는 타겟 디바이스에 포함된 배터리를 충전 시키기 위한 에너지를 의미한다. "충전용 전력"은 소정 시간 동안 계속 전송될 수 있으며, "통신용 전력" 보다 높은 전력 레벨로 전송될 수 있다. 예를 들어, "통신용 전력"의 전력 레벨은 0.1~1Watt이고, "충전용 전력"의 전력 레벨은 1~20Watt일 수 있다.
제어 및 통신부(115)는 스위칭 펄스 신호의 주파수를 제어할 수 있다. 제어 및 통신부(115)의 제어에 의하여 스위칭 펄스 신호의 주파수가 결정될 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 전력변환부(114)를 제어함으로써, 타겟 디바이스(120)에 전송하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 즉, 제어 및 통신부(115)는 인-밴드 통신"을 통해 상기 타겟 디바이스에 다양한 메시지를 전송할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부(115)는 반사파를 검출하고, 반사파의 포락선을 통해 타겟 디바이스로부터 수신되는 신호를 복조할 수 있다.
제어 및 통신부(115)는 다양한 방법을 통해, 인-밴드 통신을 수행하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 스위칭 펄스 신호를 온/오프 함으로써, 변조신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부(115)는 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호를 생성할 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 일정한 포락선을 가지는 펄스폭 변조신호를 생성할 수 있다.
한편, 제어 및 통신부(115)는 공진 주파수가 아닌 별도의 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수 도 있다. 제어 및 통신부(115)는 Zigbee, Bluetooth 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 아웃-밴드 통신을 통해 타겟 디바이스(120)와 데이터를 송수신 할 수 있다.
소스 공진기(116)는 전자기(electromagnetic) 에너지를 타겟 공진기(121)로 전달(transferring)한다. 즉, 소스 공진기(116)는 타겟 공진기(121)와의 마그네틱 커플링을 통해 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 타겟 디바이스(120)로 전달한다.
타겟 공진기(121)는 소스 공진기(116)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 즉, 타겟 공진기(121)는 소스 공진기(116)와의 마그네틱 커플링을 통해 소스 디바이스(110)로부터 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 수신한다. 또한, 타겟 공진기(121)는 인-밴드 통신을 통해 상기 소스 디바이스로부터 다양한 메시지를 수신할 수 있다.
정류부(122)는 교류 전압을 정류함으로써, DC 전압을 생성한다. 즉, 정류부(122)는 타겟 공진기(121)에 수신된 교류 전압을 정류한다.
DC/DC 컨버터(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 충전부(125)의 용량에 맞게 조정한다. 예를 들어, DC/DC 컨버터(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 3~10Volt로 조정할 수 있다.
스위치부(124)는 제어 및 통신부(126)의 제어에 따라 온/오프 된다. 스위치부(124)가 오프되는 경우, 소스 디바이스(110)의 제어 및 통신부(115)는 반사파를 검출하게 된다. 즉, 스위치부(124)가 오프되는 경우, 소스 공진기(116)와 타겟 공진기(121) 사이의 마그네틱 커플링이 제거 될 수 있다.
충전부(125)는 배터리를 포함할 수 있다. 충전부(125)는 DC/DC 컨버터(123)로부터 출력되는 DC 전압을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
제어 및 통신부(126)는 무선 전력 전송에 사용하는 공진 주파수를 이용하여 데이터를 송수신하는 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, 제어 및 통신부(126)는 타겟 공진기(121)과 정류부(122) 사이의 신호를 검출하여 수신 신호를 복조하거나, 정류부(122)의 출력 신호를 검출하여 수신 신호를 복조할 수 있다. 즉, 제어 및 통신부(126)는 인-밴드 통신을 통해 수신된 메시지를 복조할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부는 타겟 공진기(121)의 임피던스를 조정함으로써, 소스 디바이스(110)에 전송하는 신호를 변조할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부는 스위치부(124)의 온/오프를 통해 소스 디바이스(110)에 전송하는 신호를 변조할 수 도 있다. 간단한 예로, 제어 및 통신부(126)는 타겟 공진기(121)의 임피던스를 증가 시킴으로써, 소스 디바이스(110)의 제어 및 통신부(115)에서 반사파가 검출되도록 할 수 있다. 반사파의 발생 여부에 따라, 소스 디바이스(110)의 제어 및 통신부(115)는 이진수 "0" 또는 "1"을 검출할 수 있다.
한편, 제어 및 통신부(126)는 무선 전력 전송에 이용하는 채널이 아닌 별개의 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 제어 및 통신부(126)는 Zigbee, Bluetooth 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 제어 및 통신부(126)는 아웃-밴드 통신을 통해 소스 디바이스(110)와 데이터를 송수신 할 수 있다.
도 2에서 도 4는 다양한 종류의 소스 공진기의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 나타낸다.
도 2의 소스 공진기는 루프 공진기이다. 루프 공진기는 내부에 매칭기를 포함하고 있다. 이러한 루프 공진기에서 발생하는 자기장의 세기는 루프 공진기 상의 위치에 따라 다른 값을 가진다. 즉, 자기장의 분포는 균일하지 않다. 루프 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 살펴보면, 상대적으로 루프 공진기의 외곽에서는 자기장의 세기가 강하고, 루프 공진기의 중심에서는 자기장의 세기가 약하다.
도 3의 소스 공진기는 코일을 스파이럴(spiral) 형태로 감은 스파이럴 공진기이다. 도 3의 스파이럴 공진기는 코일을 스파이럴 형태로 4번 감은 공진기이다. 도 3의 스파이럴 공진기에서 발생하는 자기장의 세기는 스파이럴 공진기 상의 위치에 따라 다른 값을 가진다. 스파이럴 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 살펴보면, 상대적으로 스파이럴 공진기의 외곽에서는 자기장의 세기가 강하고, 스파이럴 공진기의 중심에서는 자기장의 세기가 약함을 알 수 있다.
도 4의 소스 공진기는 도 3과 동일한 스파이럴 공진기이지만, 코일을 8번 감은 점에서 차이가 있다. 스파이럴 공진기에서는 코일을 많이 감을수록 중심에서 자기장의 세기가 커지는 특징이 있다. 따라서, 도 3의 경우와 다르게, 도 4의 스파이럴 공진기에서는 중심에서의 자기장의 세기가 외곽에서의 자기장의 세기보다 강하다.
도 2 내지 도 4에서 살펴본 바와 같이, 소스 공진기가 루프 공진기 또는 스파이럴 형태의 공진기이든지 간에 소스 공진기의 내부에서 자기장의 분포는 균일하지 않다. 즉, 소스 공진기의 내부에서 특정 영역에서는 자기장의 세기가 강하고, 다른 영역에서는 자기장의 세기가 약하다.
소스 공진기의 내부에서 자기장의 분포가 불균일 함으로 인하여, 소스 공진기 상에 위치하는 타겟 디바이스의 위치에 따라, 소스 공진기에서 타겟 디바이스를 바라보는 입력 임피던스가 가변적인 값을 가지게 된다. 입력 임피던스가 가변적인 값인 경우, 무선 전력 전송 장치에는 임피던스 매칭을 수행하기 위하여 복잡한 기술들이 추가적으로 요구된다. 또한, 복잡한 기술들이 추가적으로 요구됨에 따라 무선 전력 전송 효율이 감소할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기(510), 서브 공진기(520) 및 자기장 분포 제어부(530)를 포함한다.
소스 공진기(510)는 타겟 공진기와 마그네틱 커플링을 형성한다. 소스 공진기(510)는 마그네틱 커플링을 통해 타겟 디바이스에 전력을 무선으로 전송한다. 이때, 소스 공진기(510)는 루프 형태로 도시되었지만, 스파이럴 형태, helical 형태 등 다양한 형태의 공진기로 구현될 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치는 임피던스 매칭을 위한 매칭기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이 때, 매칭기는 소스 공진기(510) 의 자계의 강도를 적절히 조절 가능(tunable)하고, 매칭기에 의해 소스 공진기(510)의 임피던스는 결정된다. 매칭기는 소스 공진기(510)와 동일한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 매칭기는 자계의 강도를 조절하기 위하여 소스 공진기(510) 상에 위치한 캐패시터와 소정의 위치 관계로 구현될 수 있다. 예를 들면, 캐패시터를 중심으로 캐패시터의 양단에서 매칭기는 소스 공진기(510)와 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 매칭기는 소스 공진기(510)의 루프 구조로 인해 형성되는 루프의 내부에 위치할 수 있다. 매칭기는 물리적인 형태를 변경함으로써, 소스 공진기(510)의 임피던스를 조절할 수 있다.
서브 공진기(520)는 소스 공진기(510)의 내부에 위치할 수 있다. 소스 공진기(510) 내부에는 복수의 서브 공진기들이 위치할 수도 있고, 서브 공진기 내부에는 서브-서브 공진기가 위치할 수도 있다. 서브 공진기(520)는 소스 공진기(510)에서 발생하는 자기장의 분포에 영향을 미칠 수 있다. 소스 공진기(510)에 흐르는 전류에 의해 자기장이 발생하고, 발생한 자기장은 서브 공진기(520)에 전류를 유도할 수 있다. 이때 소스 공진기(510)에 흐르는 전류의 방향과 서브 공진기(520)에 흐르는 전류의 방향에 의해 소스 공진기(510) 내부에서 발생하는 자기장의 분포가 결정될 수 있다. 그런데, 서브 공진기(520)에 흐르는 전류의 방향은 소스 공진기(510)의 공진 주파수에 대한 서브 공진기(520)의 공진 주파수의 비율에 따라 결정될 수 있다.
소스 공진기(510)의 공진 주파수는 소스 공진기(510)의 인덕턴스(Inductance, L) 및 캐패시턴스(Capacitance, C) 값에 의해 결정된다. 서브 공진기(520)의 공진 주파수도 서브 공진기(520)의 인덕턴스 및 캐패시턴스 값에 의해 결정된다.
자기장 분포 제어부(530)는 소스 공진기(510)의 내부 중 소정영역에 위치하고, 소스 공진기(510) 또는 서브 공진기(520)에 흐르는 전류의 방향을 제어하여 소스 공진기(510) 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 제어할 수 있다.
소스 공진기(510) 또는 서브 공진기(520)에 흐르는 전류의 방향은 소스 공진기(510)의 공진 주파수와 서브 공진기(520)의 공진 주파수 간의 비율에 따라 결정될 수 있다.
자기장 분포 제어부(530)는 소스 공진기(510)의 공진 주파수 또는 서브 공진기(520)의 공진 주파수를 제어할 수 있다. 자기장 분포 제어부(530)는 소스 공진기(510)의 캐패시턴스를 가변 함으로써, 소스 공진기(510)의 공진 주파수를 제어할 수 있다. 또한, 자기장 분포 제어부(530)는 서브 공진기(520)의 캐패시턴스 및 인덕턴스를 조절함으로써, 서브 공진기(520)의 공진 주파수를 제어할 수 있다. 자기장 분포 제어부(530)는 서브 공진기(520)를 형성하는 선로의 길이 및 폭을 조절하는 방식으로, 서브 공진기(520)의 인덕턴스 값을 제어할 수 있다.
자기장 분포 제어부(530)는 소스 공진기(510) 또는 서브 공진기(520)에 흐르는 전류의 방향을 제어하여 소스 공진기(510) 내부에서 발생하는 자기장의 세기를 강화 또는 약화할 수 있다. 자기장의 세기가 강화 또는 약화되는 경우에 대해서는 도 6에서 좀 더 상세하게 설명한다.
또한, 자기장 분포 제어부(530)는 소스 공진기(510)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포가 균일하게 형성되도록 상기 자기장의 분포를 제어할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 자기장 분포 제어부(530)는 적어도 하나의 서브 공진기(520)의 공진 주파수를 제어함으로써, 소스 공진기(510) 내부에서 발생하는 자기장의 분포가 균일하도록 자기장의 분포를 제어할 수 있다. 적어도 하나의 서브 공진기(520)의 구성은 도 8에서 좀 더 상세하게 설명한다.
자기장 분포 제어부(530)는 서브-서브 공진기를 이용하여, 소스 공진기(510) 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 제어할 수 있다. 자기장 분포 제어부(530)는 서브-서브 공진기의 공진 주파수를 제어함으로써, 소스 공진기(510)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일하게 보상할 수 있다. 자기장 분포 제어부(530)는 서브 공진기(520)에 흐르는 전류의 방향과 서브-서브 공진기에 흐르는 전류의 방향을 제어함으로써 자기장의 분포를 제어할 수 있다. 서브-서브 공진기는 적어도 하나의 서브 공진기(520) 내부에 위치할 수 있다. 서브-서브 공진기는 적어도 하나의 서브 공진기(520)를 보조하여, 소스 공진기(510)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일하게 보상할 수 있다. 서브-서브 공진기는 서브 공진기(520)에 의해 조정되는 자기장의 분포를 보상하여, 소스 공진기(510) 내부에서 자기장의 분포가 좀 더 균일(uniform)해 지도록 할 수 있다.
자기장 분포 제어부(530)는 소스 공진기(510)의 내부에서 발생하는 자기장을 소스 공진기(510)의 중앙으로 유도하는 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있다. 자기장 분포 제어부(530)는 적어도 하나의 코일을 이용하여 소스 공진기(510) 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일하게 조정할 수 있다.
자기장 분포 제어부(530)는 적어도 하나의 코일에 소스 공진기(510)에 흐르는 전류와 동일한 방향으로 전류가 흐르도록 상기 코일의 공진 주파수를 제어할 수 있다.
적어도 하나의 코일은 소스 공진기(510)의 중앙에 위치하고, 서로 다른 사이즈의 루프 구조를 형성할 수 있다. 자기장 분포 제어부(530)는 다양한 사이즈의 코일을 이용하여 소스 공진기(510)의 내부에서 발생하는 자기장을 좀 더 상세하게 제어할 수 있다.
또한, 동일한 모양을 가지는 적어도 하나의 코일은 소스 공진기(510)의 내부에 임의의 위치에 위치할 수 있다. 적어도 하나의 코일은 소스 공진기(510)의 내부에서 각각 다양한 영역에 위치하고, 자기장 분포 제어부(530)의 제어에 따라 상기 코일이 위치한 영역에서, 소스 공진기(510)에서 발생하는 자기장을 강화 또는 약화시킬 수 있다.
또한, 적어도 하나의 코일은 소스 공진기(510)의 중앙에 위치하고, 스파이럴(spiral) 형태를 형성할 수 있다. 적어도 하나의 코일은 소스 공진기(510) 내부에서 발생하는 자기장을 조정하기 위해 다양한 형태로 생성될 수 있다.
자기장 분포 제어부(530)는 소스 공진기(510)의 중앙을 중심으로 사이즈 및 높이가 다른, 루프 구조로 형성된, 복수의 차폐층을 포함할 수 있다. 자기장 분포 조정부(530)는 복수의 차폐층에 기초하여 소스 공진기(510)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일(uniform)하게 유도할 수 있다. 소스 공진기(510)에서 발생하는 자기장의 자기선속은 복수의 차폐층에서 굴절되어 소스 공진기(510)의 중앙으로 좀 더 집중될 수 있다.
자기장 분포 제어부(530)는 MNG(Mu-negative), DNG(Double-negative) 또는 자성 유전체(magneto-dieletric)로 구성된 층을 포함할 수 있다. 자기장 분포 제어부(530)는 상기 구성된 층에 기초하여 소스 공진기에서 발생하는 자기장의 자기선속을 굴절시킴으로써, 소스 공진기(510)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일(uniform)하게 유도할 수 있다.
자기장 분포 제어부(530)는 소스 공진기(510) 및 적어도 하나의 서브 공진기(520)의 소정 위치에, 적층되는 차폐층의 폭을 조절하여, 소스 공진기(510)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일(uniform)하게 유도할 수 있다. 차폐층의 폭에 따라 소스 공진(510)에서 발생하는 자기장의 자기선속의 굴절 정도가 달라질 수 있다. 따라서, 자기장 분포 제어부(510)는 차폐층의 폭을 조절하여, 소스 공진기(510)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일하게 할 수 있다.
타겟 디바이스는 패드 타입의 소스 공진기(510) 위에 위치할 수 있다. 이때, 소스 공진기(510)와 타겟 디바이스 간의 간격은 수 센티미터 이하이다. 따라서, 소스 공진기(510)와 타겟 디바이스 간에 기생 캐패시터가 발생할 수 있다. 기생 캐패시터로 인하여 소스 공진기(510)의 공진 주파수는 영향을 받게 된다. 자기장 분포 제어부(530)는 소스 공진기(510) 및 적어도 하나의 서브 공진기(520)의 소정 위치에, 적층되는 차폐층의 폭 및 두께를 조절하여, 소스 공진기(510)와 타겟 공진기 간에 발생하는, 기생 캐패시터로 인한, 공진 주파수의 변화를 상쇄할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 자기장 분포 제어부의 동작에 따라 소스 공진기 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 나타내는 도면이다.
소스 공진기와 서브 공진기에 흐르는 전류의 방향에 따라 서브 공진기 내부의 자기장의 세기가 달라질 수 있고, 서브 공진기와 소스 공진기 사이의 영역에서 자기장의 세기가 달라질 수 있다. 서브 공진기에 흐르는 전류의 방향은 소스 공진기의 공진 주파수에 대한 서브 공진기의 공진 주파수의 비율에 따라 결정될 수 있다. 자기장 분포 제어부는 서브 공진기의 공진 주파수를 제어함으로써, 서브 공진기에 흐르는 전류의 방향을 제어할 수 있다.
(a)를 참조하면, 소스 공진기에 흐르는 전류의 방향과 서브 공진기에 흐르는 전류의 방향이 서로 다른 경우(600)와 동일한 경우(690)로 구별될 수 있다.
소스 공진기 및 서브 공진기의 의해 발생하는 자기장의 방향은 플레밍의 오른손 법칙에 의해 결정될 수 있다.
소스 공진기에 흐르는 전류의 방향과 서브 공진기에 흐르는 전류의 방향이 서로 다른 경우(600)에, 소스 공진기와 서브 공진기 사이의 영역에서, 소스 공진기에 의해 발생하는 자기장의 방향(610, 635)은 서브 공진기에 의해 발생하는 자기장의 방향(615, 630)과 동일한 방향이다. 따라서, 소스 공진기와 서브 공진기 사이의 영역에서는 자기장의 세기가 강화된다. 서브 공진기 내부에서, 소스 공진기에 의해 발생하는 자기장의 방향(620)은 서브 공진기에 의해 발생하는 자기장의 방향(625)과 서로 반대 방향이다. 따라서, 서브 공진기 내부에서는 자기장의 세기가 약화된다.
소스 공진기에 흐르는 전류의 방향과 서브 공진기에 흐르는 전류의 방향이 서로 동일한 경우(690)에, 소스 공진기와 서브 공진기 사이의 영역에서, 소스 공진기에 의해 발생하는 자기장의 방향(640, 670)은 서브 공진기에 의해 발생하는 자기장의 방향(645, 680)과 반대 방향이다. 따라서, 소스 공진기와 서브 공진기 사이의 영역에서는 자기장의 세기가 약화된다. 서브 공진기 내부에서, 소스 공진기에 의해 발생하는 자기장의 방향(650)은 서브 공진기에 의해 발생하는 자기장의 방향(660)과 서로 동일한 방향이다. 따라서, 서브 공진기 내부에서는 자기장의 세기가 강화된다.
도 2 내지 도 4에서 도시된 바와 같이 소스 공진기의 내부에서 자기장의 세기가 균일하지 않다. 자기장 분포 제어부는 서브 공진기의 공진 주파수를 제어함으로써 소스 공진기의 내부에 발생하는 자기장의 세기를 강화 또는 약화시킬 수 있다. 보다 구체적으로 자기장 분포 제어부는 소스 공진기에 흐르는 전류와 서브 공진기에 흐르는 전류의 방향이 동일하도록 제어함으로써, 도 2 및 도 3의 소스 공진기의 중심의 자기장의 세기는 강화시키고, 외곽의 자기장의 세기는 약화시킬 수 있다. 또한, 자기장 분포 제어부는 소스 공진기에 흐르는 전류와 서브 공진기에 흐르는 전류의 방향이 서로 반대가 되도록 제어함으로써, 도 4의 소스 공진기의 중심의 자기장의 세기는 약화시키고, 외곽의 자기장의 세기는 강화시킬 수 있다. 결과적으로 소스 공진기 내부의 자기장의 분포가 균일해질 수 있다. 또한, 자기장 분포 제어부는 필요에 따라 소스 공진기 내부의 특정영역에서 자기장의 세기를 강화시킬 수도 있고, 약화시킬 수도 있다.
(b)는 소스 공진기와 서브 공진기를 등가회로로 표현한 도면이다. 소스 공진기 및 서브 공진기는 RLC 공진 회로로 표현될 수 있다. 공진 주파수는 일반적으로 다음 식과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112012035593833-pat00001
(1)
위 식을 참고하면, 공진 주파수의 결정에 저항 성분은 영향을 주지 않는다. 서브 공진기의 저항 성분은 서브 공진기의 전류의 방향 및 서브 공진기의 공진주파수에 영향을 주지 않고, 다만 서브 공진기의 Q값과 무선 전력 전송 효율에만 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 등가회로 상에서 저항 성분을 0으로 놓고 등가회로를 해석하여도, 서브 공진기에 흐르는 전류의 방향 및 서브 공진기의 공진 주파수를 결정하는데 아무런 영향이 없다. 소스 공진기에 전류가 공급되면 자기장이 발생하고, 상호 인덕턴스(Mutual Inductance, M)를 통하여 서브 공진기에 전류가 흐른다. 위 등가회로 중 저항성분을 무시하고, 서브 공진기에서 관계식을 도출하면 다음과 같다.
Figure 112012035593833-pat00002
(2)
여기서, LIN, CIN은 서브 공진기의 인덕턴스 및 캐패시턴스이다. M은 소스 공진기와 서브 공진기 간의 상호 인덕턴스이다. I는 소스 공진기에 흐르는 전류 성분이고, IIN은 서브 공진기에 흐르는 전류 성분이다. 위 식(2)에 대해서, IIN을 계산하면, 다음과 같다.
Figure 112012035593833-pat00003
(3)
Figure 112012035593833-pat00004
(4)
소스 공진기에 흐르는 전류 성분 I>0인 경우에, 서브 공진기에 흐르는 전류 IIN의 방향은 소스 공진기의 공진 주파수 f0와 서브 공진기의 공진 주파수 fIN0의 비율에 의해 결정될 수 있다. 즉, 서브 공진기의 공진 주파수 fIN0가 소스 공진기의 공진 주파수 f0보다 크면, 서브 공진기에 흐르는 전류 IIN의 방향은 소스 공진기에 흐르는 전류 I의 방향과 동일하다. 반대로, 서브 공진기의 공진 주파수 fIN0가 소스 공진기의 공진 주파수 f0보다 작으면, 서브 공진기에 흐르는 전류 IIN의 방향은 소스 공진기에 흐르는 전류 I의 방향과 반대이다. k는 kappa 값으로 무선 전력 전송 효율을 결정짓는 요소(factor)이다.
서브 공진기의 공진 주파수 fIN0가 소스 공진기의 공진 주파수 f0보다 크면, IIN의 방향과 I의 방향이 동일하므로, 서브 공진기 내부의 자기장의 세기는 강화되고, 서브 공진기 외부의 자기장의 세기는 약화된다.
서브 공진기의 공진 주파수 fIN0가 소스 공진기의 공진 주파수 f0보다 작으면, IIN의 방향과 I의 방향이 서로 반대이므로, 서브 공진기 내부의 자기장의 세기는 약화되고, 서브 공진기 외부의 자기장의 세기는 강화된다.
서브 공진기의 공진 주파수 fIN0와 소스 공진기의 공진 주파수 f0가 동일한 경우에는 자기장이 서브 공진기의 중심으로 집중된다.
자기장 분포 제어부는 서브 공진기의 공진 주파수 fIN0를 제어함으로써, 소스 공진기 내부의 자기장의 세기를 제어할 수 있다. 서브 공진기의 공진 주파수 fIN0는 서브 공진기의 인덕턴스 및 캐패시턴스에 의해 결정이 된다. 서브 공진기의 인덕턴스 및 캐패시턴스는 서브 공진기의 크기 및 형태에 따라 결정될 수 있다. 자기장 분포 제어부는 서브 공진기에 포함된 캐패시터의 캐패시턴스를 제어하거나 서브 공진기를 형성하는 전송 선로의 길이 및 폭을 제어하여 인덕턴스를 제어할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다.
무선 전력 송수신 시스템은 소스 디바이스에서 소스 공진기(720)에 전류를 유도하여 자기장을 발생시키는 피더(feeder)(710), 타겟 공진기(730)에 마그네틱 커플링을 통하여 전력을 무선을 전송하는 소스 공진기(720), 타겟 디바이스의 타겟 공진기(730) 및 타겟 공진기로부터 전력을 전달받는 타겟 디바이스의 피더 및 부하(740)를 포함할 수 있다.
자기장 분포 제어부의 제어에 의하여, 소스 공진기 내부에서 발생하는 자기장의 분포가 균일해지면 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 인덕턴스(M)는 일정한 값을 가지게 된다. 이때, 소스 공진기에서 타겟 디바이스의 방향으로 보이는 입력 임피던스는 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112012035593833-pat00005
(4)
소스 공진기(720)의 저항성분(R1), 타겟 공진기(730)의 저항성분(R2) 및 부하의 임피던스(RL)는 고정된 값을 갖는다. 또한, M1은 피더(710)와 소스 공진기(720) 간의 상호 인덕턴스이고, M2는 피더 및 부하(740)와 타겟 공진기(730) 간의 상호 인덕턴스 이다. 이때, 피더(710) 및 피더 및 부하(740)의 위치가 고정되면 M1 및 M2도 일정한 값을 가지게 된다. 따라서, 입력 임피던스 Zin는 고정된 값들을 통하여 계산될 수 있으므로, 일정한 값을 가지게 된다. 또한, 자기장 분포 제어부는 M값을 변화시킴으로써 입력 임피던스 Zin을 제어할 수도 있다.
입력 임피던스 Zin이 일정한 값을 가지는 경우에는 소스 공진기(720)와 타겟 공진기(730) 간에 임피던스 매칭을 수행하는 것이 용이해진다. 또한, 임피던스 매칭이 수행된 타겟 디바이스에서는 Q값과 k(kappa)값을 변경하여 무선 전력을 효율적으로 수신할 수 있다. 또한, 멀티 타겟 디바이스들 간에 Q값과 k값을 조정하여 수신 전력을 자동으로 분배할 수도 있다.
도 8은 일실시예에 따른 다양한 종류 및 형태의 서브 공진기를 나타낸 도면이다.
소스 공진기 및 서브 공진기는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 소스 공진기(810)은 루프 형태로 캐패시터를 포함하고 있다. 이때 소스 공진기(810) 내부에는 서브 공진기 및 서브-서브 공진기가 포함될 수 있다. 서브 공진기의 개수가 많아 질수록 소스 공진기 내부에서 발생하는 자기장을 좀 더 상세하게 제어할 수 있다. 또한, 소스 공긴기 내부에서 발생하는 자기장의 분포가 좀 더 균일해질 수 있다.
자기장 분포 제어부는 소스 공진기(820) 내부에 위치한 서브 공진기(821)와 서브 공진기(823)에 서로 다른 방향의 전류가 흐르게 할 수 있다. 즉, 자기장 분포 제어부는 소스 공진기(820)에 흐르는 전류의 방향과 서브 공진기(821)에 흐르는 전류의 방향은 동일하고, 소스 공진기(820)에 흐르는 전류의 방향과 서브 공진기(823)에 흐르는 전류의 방향은 반대가 되게 할 수 있다. 이 경우, 서브 공진기(821)의 내부에는 자기장의 세기가 강화되고, 서브 공진기(823)의 내부에는 자기장의 세기가 약화될 수 있다.
소스 공진기(830)에는 루프 모양의 서브 공진기가 포함될 수 있다. 소스 공진기(840)에는 원 모양의 서브 공진기가 포함될 수 있다. 소스 공진기(850)에는 십자 형태의 서브 공진기가 포함될 수 있다. 소스 공진기(860)에는 십자 형태의 서브 공진기가 포함되고, 상기 서브 공진기 안에 루프 형태의 서브-서브 공진기가 포함될 수 있다. 소스 공진기(870)에는 스파이럴 형태의 서브 공진기가 포함될 수 있다.
즉, 서브 공진기는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 9는 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서 소스 공진기가 스파이럴 형태의 공진기인 경우를 나타낸 도면이다.
소스 공진기(910)는 스파이럴 공진기이다. 이 경우에도 서브 공진기(920)가 소스 공진기(910)에 포함될 수 있고, 자기장 분포 제어부는 서브 공진기(920)와 소스 공진기(910)에 흐르는 전류의 방향을 제어함으로서 소스 공진기(910)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 제어할 수 있다. 소스 공진기(910)도 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 소스 공진기(910)는 스파이럴 형태, helical 형태, 메타 공진기 등으로 구현될 수 있다. 또한 서브 공진기(920)도 도 8에서 살펴본 바와 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(1000)의 구체적 일 예를 나타낸 도면이다.
소스 공진기는 타겟 공진기와 마그네틱 커플링을 형성한다. 소스 공진기는 마그네틱 커플링을 통해 타겟 디바이스에 전력을 무선으로 전송한다. 이때, 소스 공진기는 제1 전송선로, 제1 도체(1021), 제2 도체(1022), 적어도 하나의 제1 캐패시터(1030)를 포함할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 캐패시터(1030)는 제1 전송 선로에서 제1 신호 도체 부분(1011)과 제2 신호 도체 부분(1012) 사이에 위치에 직렬로 삽입되며, 그에 따라 전계(electric field)는 제1 캐패시터(1030)에 갇히게 된다. 일반적으로, 전송 선로는 상부에 적어도 하나의 도체, 하부에 적어도 하나의 도체를 포함하며, 상부에 있는 도체를 통해서는 전류가 흐르며, 하부에 있는 도체는 전기적으로 그라운드 된다(grounded). 본 명세서에서는 제1 전송 선로의 상부에 있는 도체를 제1 신호 도체 부분(1011)과 제2 신호 도체 부분(1012)로 나누어 부르고, 제1 전송 선로의 하부에 있는 도체를 제1 그라운드 도체 부분(1013)으로 부르기로 한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 소스 공진기는 2 차원 구조의 형태를 갖는다. 제1 전송 선로는 상부에 제1 신호 도체 부분(1011) 및 제2 신호 도체 부분(1012)을 포함하고, 하부에 제1 그라운드 도체 부분(1013)을 포함한다. 제1 신호 도체 부분(1011) 및 제2 신호 도체 부분(1012)과 제1 그라운드 도체 부분(1013)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제1 신호 도체 부분(1011) 및 제2 신호 도체 부분(1012)을 통하여 흐른다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이 제1 신호 도체 부분(1011)의 한쪽 단은 제1 도체(1021)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(1030)와 연결된다. 그리고, 제2 신호 도체 부분(1012)의 한쪽 단은 제2 도체(1022)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(1030)와 연결된다. 결국, 제1 신호 도체 부분(1011), 제2 신호 도체 부분(1012) 및 제1 그라운드 도체 부분(1013), 도체들(1021, 1022)은 서로 연결됨으로써, 소스 공진기는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함하며, '루프 구조를 갖는다고 함은' 전기적으로 닫혀 있다는 것을 의미한다.
제1 캐패시터(1030)는 전송 선로의 중단부에 삽입된다. 보다 구체적으로, 제1캐패시터(1030)는 제1 신호 도체 부분(1011) 및 제2 신호 도체 부분(1012) 사이에 삽입된다. 이 때, 제1 캐패시터(1030)는 집중 소자(lumped element) 및 분산 소자(distributed element) 등의 형태를 가질 수 있다. 특히, 분산 소자의 형태를 갖는 분산된 캐패시터는 지그재그 형태의 도체 라인들과 그 도체 라인들 사이에 존재하는 높은 유전율을 갖는 유전체를 포함할 수 있다.
제1 캐패시터(1030)가 전송 선로에 삽입됨에 따라 소스 공진기는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다. 여기서, 메타물질이란 자연에서 발견될 수 없는 특별한 전기적 성질을 갖는 물질로서, 인공적으로 설계된 구조를 갖는다. 자연계에 존재하는 모든 물질들의 전자기 특성은 고유의 유전율 또는 투자율을 가지며, 대부분의 물질들은 양의 유전율 및 양의 투자율을 갖는다.
대부분의 물질들에서 전계, 자계 및 포인팅 벡터에는 오른손 법칙이 적용되므로, 이러한 물질들을 RHM(Right Handed Material)이라고 한다. 그러나, 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 유전율 또는 투자율을 가진 물질로서, 유전율 또는 투자율의 부호에 따라 ENG(epsilon negative) 물질, MNG(mu negative) 물질, DNG(double negative) 물질, NRI(negative refractive index) 물질, LH(left-handed) 물질 등으로 분류된다.
이 때, 집중 소자로서 삽입된 제1 캐패시터(1030)의 캐패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 소스 공진기는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 제1 캐패시터(1030)의 캐패시턴스를 적절히 조절함으로써, 소스 공진기는 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 소스 공진기는 MNG 공진기로 불려질 수 있다. 아래에서 설명하겠지만, 제1 캐패시터(1030)의 캐패시턴스를 정하는 전제(criterion)들은 다양할 수 있다. 소스 공진기가 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있도록 하는 전제(criterion), 소스 공진기가 대상 주파수에서 음의 투자율을 갖도록 하는 전제 또는 소스 공진기가 대상 주파수에서 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖도록 하는 전제 등이 있을 수 있고, 상술한 전제들 중 적어도 하나의 전제 아래에서 제1 캐패시터(1030)의 캐패시턴스가 정해질 수 있다.
MNG 공진기는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. 즉, 아래에서 다시 설명하겠지만, MNG 공진기에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 제1 캐패시터(1030)를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.
또한, 근접장(near field)에서 전계는 전송 선로에 삽입된 제1 캐패시터(1030)에 집중되므로, 제1 캐패시터(1030)로 인하여 근접 필드에서는 자기장(magnetic field)이 도미넌트(dominant)해진다. 그리고, MNG 공진기는 집중 소자의 제1 캐패시터(1030)를 이용하여 높은 큐-팩터(Q-Factor)를 가질 수 있으므로, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다. 참고로, 큐-팩터는 무선 전력 전송에 있어서 저항 손실(ohmic loss)의 정도 또는 저항(resistance)에 대한 리액턴스의 비를 나타내는데, 큐-팩터가 클수록 무선 전력 전송의 효율이 큰 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도 10에 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
도 10을 참조하면, 서브 공진기는 제2 전송선로, 제3 도체(1051), 제4 도체(1052) 및 적어도 하나의 제2 캐패시터(1060)를 포함할 수 있다.
제2 캐패시터(1060)는 제2 전송 선로에서 제3 신호 도체 부분(1041)과 제4 신호 도체 부분(1042) 사이에 직렬로 삽입되며, 그에 따라 전계(electric field)는 제2 캐패시터(1060)에 갇히게 된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 서브 공진기는 2 차원 구조의 형태를 갖는다. 제2 전송 선로는 상부에 제3 신호 도체 부분(1041) 및 제4 신호 도체 부분(1042)을 포함하고, 하부에 제2 그라운드 도체 부분(1043)을 포함한다. 제3 신호 도체 부분(1041) 및 제4 신호 도체 부분(1042)과 제2 그라운드 도체 부분(1043)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제3 신호 도체 부분(1041) 및 제4 신호 도체 부분(1042)을 통하여 흐른다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이 제3 신호 도체 부분(1041)의 한쪽 단은 제3 도체(1051)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제2 캐패시터(1060)와 연결된다. 그리고, 제4 신호 도체 부분(1042)의 한쪽 단은 제4 도체(1052)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제2 캐패시터(1060)와 연결된다. 결국, 제3 신호 도체 부분(1041), 제4 신호 도체 부분(1042) 및 제2 그라운드 도체 부분(1043), 도체들(1051, 1052)은 서로 연결됨으로써, 서브 공진기는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함한다.
제2 전송 선로, 제3 도체(1051) 및 제4 도체(1052)는 사각(rectangular) 형태의 루프 구조를 형성할 수 있다. 또한, 제2 전송 선로, 제3 도체(1051) 및 제4 도체(1052)는 원(circular) 형태의 루프 구조를 형성할 수 있다. 또한, 제2 전송 선로, 제3 도체(1051) 및 제4 도체(1052)는 십자(cross) 형태의 루프 구조를 형성할 수 있다.
자기장 분포 제어부는 제2 캐패시터(1060)의 값, 제2 전송선로의 길이 및 폭에 기초하여, 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수를 소스 공진기의 공진 주파수와 일정 값만큼 차이가 나도록 조정할 수 있다.
자기장 분포 제어부는 제2 캐패시터(1060) 값을 조절할 수 있다. 제2 캐패시터(1060) 값이 변하면 서브 공진기의 공진 주파수도 변하게 된다. 따라서, 자기장 분포 제어부는 제2 캐패시터(1060) 값을 조절하여, 서브 공진기의 공진 주파수를 소스 공진기의 공진 주파수보다 크거나, 작게 조정할 수 있다. 자기장 분포 제어부는 서브 공진기의 공진 주파수를 소스 공진기의 공진 주파수보다 크거나, 작게 조정하여, 소스 공진기의 중심의 자기장의 세기와 소스 공진기의 외곽의 자기장의 세기가 동일해지도록 할 수 있다.
도 11 내지 도 15는 공진기들의 실시 예들을 나타낸다. 무선 전력 전송 장치에 포함된 소스 공진기는 도 11 내지 도 15에서 설명되는 공진기의 구조로 구현될 수 있다.
도 11은 일실시예에 따른 3 차원 구조의 공진기를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 3 차원 구조의 공진기(1100)는 제1 신호 도체 부분(1111), 제2 신호 도체 부분(1112) 및 그라운드 도체 부분(1113)을 포함하는 전송 선로 및 캐패시터(1120)를 포함한다. 여기서 캐패시터(1120)는 전송 선로에서 제1 신호 도체 부분(1111)과 제2 신호 도체 부분(1112) 사이에 위치에 직렬로 삽입되고, 전계(electric field)는 캐패시터(1120)에 갇히게 된다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이 공진기(1100)는 3차원 구조의 형태를 갖는다. 전송 선로는 상부에 제1 신호 도체 부분(1111) 및 제2 신호 도체 부분(1112)을 포함하고, 하부에 그라운드 도체 부분(1113)을 포함한다. 제1 신호 도체 부분(1111) 및 제2 신호 도체 부분(1112)과 그라운드 도체 부분(1113)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제1 신호 도체 부분(1111) 및 제2 신호 도체 부분(1112)을 통하여 x 방향으로 흐르며, 이러한 전류로 인해 -y 방향으로 자계(magnetic field) H(w)가 발생한다. 물론, 도 11에 도시된 것과 다르게, +y 방향으로 자계(magnetic field) H(w)가 발생할 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이 제1 신호 도체 부분(1111)의 한쪽 단은 도체(1142)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 캐패시터(1120)와 연결된다. 그리고, 제2 신호 도체 부분(1112)의 한쪽 단은 도체(1141)와 접지되며, 다른 쪽 단은 캐패시터(1120)와 연결된다. 결국, 제1 신호 도체 부분(1111), 제2 신호 도체 부분(1112) 및 그라운드 도체 부분(1113), 도체들(1141, 1142)은 서로 연결됨으로써, 공진기(1100)는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함하며, '루프 구조를 갖는다고 함은' 전기적으로 닫혀 있다는 것을 의미한다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이 캐패시터(1120)는 제1 신호 도체 부분(1111) 및 제2 신호 도체 부분(1112) 사이에 삽입된다. 이 때, 캐패시터(1120)는 집중 소자(lumped element) 및 분산 소자(distributed element) 등의 형태를 가질 수 있다. 특히, 분산 소자의 형태를 갖는 분산된 캐패시터는 지그재그 형태의 도체 라인들과 그 도체 라인들 사이에 존재하는 높은 유전율을 갖는 유전체를 포함할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이 캐패시터(1120)가 전송 선로에 삽입됨에 따라 상기 공진기(1100)는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다. 집중 소자로서 삽입된 캐패시터(1120)의 커패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 공진기(1100)는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 캐패시터(1120)의 커패시턴스를 적절히 조절함으로써, 공진기(1100)는 특정 주파수 대역에서 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 본 발명의 일실시예에 따른 공진기(1100)는 MNG 공진기로 불려질 수 있다. 아래에서 설명하겠지만, 캐패시터(1120)의 커패시턴스를 정하는 전제(criterion)들은 다양할 수 있다. 공진기(1100)가 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있도록 하는 전제(criterion), 공진기(1100)가 대상 주파수에서 음의 투자율을 갖도록 하는 전제 또는 공진기(1100)가 대상 주파수에서 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖도록 하는 전제 등이 있을 수 있고, 상술한 전제들 중 적어도 하나의 전제 아래에서 캐패시터(1120)의 커패시턴스가 정해질 수 있다.
도 11에 도시된 MNG 공진기(1100)는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기(1100)는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기(1100)의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. MNG 공진기(1100)에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 캐패시터(1120)를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기(1100)의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이 MNG 공진기(1100)를 참조하면, 근접 필드(near field)에서 전계는 전송 선로(1110)에 삽입된 캐패시터(1120)에 집중되므로, 캐패시터(1120)로 인하여 근접 필드에서는 자계(magnetic field)가 도미넌트(dominant)해진다. 특히, 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖는 MNG 공진기(1100)는 자계 다이폴(magnetic dipole)과 유사한 특성들을 가지므로, 근접 필드에서는 자계가 도미넌트하며, 캐패시터(1120)의 삽입으로 인해 발생하는 적은 양의 전계 또한 그 캐패시터(1120)에 집중되므로, 근접 필드에서는 자계가 더더욱 도미넌트해진다. MNG 공진기(1100)는 집중 소자의 캐패시터(1120)를 이용하여 높은 큐-팩터(Q-Factor)를 가질 수 있으므로, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 MNG 공진기(1100)는 임피던스 매칭을 위한 매칭기(1130)를 포함할 수 있다. 이 때, 매칭기(1130)는 MNG 공진기(1100)의 자계의 강도를 적절히 조절 가능(tunable)하고, 매칭기(1130)에 의해 MNG 공진기(1100)의 임피던스는 결정된다. 그리고, 전류는 커넥터(1140)를 통하여 MNG 공진기(1100)로 유입되거나 MNG 공진기(1100)로부터 유출된다. 여기서, 커넥터(1140)는 그라운드 도체 부분(1113) 또는 매칭기(1130)와 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 매칭기(1130)는 공진기(1100)의 루프 구조로 인해 형성되는 루프의 내부에 위치할 수 있다. 매칭기(1130)는 물리적인 형태를 변경함으로써, 공진기(1100)의 임피던스를 조절할 수 있다. 특히, 매칭기(1130)는 그라운드 도체 부분(1113)으로부터 거리 h 만큼 떨어진 위치에 임피던스 매칭을 위한 도체 부분(1131)을 포함할 수 있으며, 공진기(1100)의 임피던스는 거리 h를 조절함으로써 변경될 수 있다.
도 11에 도시되지 아니하였지만, 매칭기(1130)를 제어할 수 있는 컨트롤러가 존재하는 경우, 매칭기(1130)는 컨트롤러에 의해 생성되는 제어 신호에 따라 매칭기(1130)의 물리적 형태를 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호에 따라 매칭기(1130)의 도체(1131)과 그라운드 도체 부분(1113) 사이의 거리 h가 증가하거나, 감소될 수 있으며, 그에 따라 매칭기(1130)의 물리적 형태가 변경됨으로써, 공진기(1100)의 임피던스는 조절될 수 있다. 매칭기(1130)의 도체(1131)과 그라운드 도체 부분(1113) 사이의 거리 h는 다양한 방식들로 조절될 수 있다. 즉, 첫째, 매칭기(1130)에는 여러 도체들이 포함될 수 있고, 그 도체들 중 어느 하나를 적응적으로 활성화함으로써 거리 h가 조절될 수 있다. 둘째, 도체(1131)의 물리적인 위치를 상하로 조절함으로써, 거리 h가 조절될 수 있다. 이러한 거리 h는 컨트롤러의 제어 신호에 따라 제어될 수 있으며, 컨트롤러는 다양한 팩터들을 고려하여 제어 신호를 생성할 수 있다.
매칭기(1130)는 도 11에 도시된 바와 같이, 도체 부분(1131)과 같은 수동 소자로 구현될 수 있으며, 실시예에 따라서는 다이오드, 트랜지스터 등과 같은 능동 소자로 구현될 수 있다. 능동 소자가 매칭기(1130)에 포함되는 경우, 능동 소자는 컨트롤러에 의해 생성되는 제어 신호에 따라 구동될 수 있으며, 그 제어 신호에 따라 공진기(1100)의 임피던스는 조절될 수 있다. 예를 들어, 매칭기(1130)에는 능동 소자의 일종인 다이오드가 포함될 수 있고, 다이오드가 'on' 상태에 있는지 또는 'off'' 상태에 있는지에 따라 공진기(1100)의 임피던스가 조절될 수 있다.
또한, 도 11에 명시적으로 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기(1100)를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
도 12는 bulky type으로 설계된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 예를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 제1 신호 도체 부분(1211)과 도체(1242)는 개별적으로 제작된 후, 서로 연결되는 것이 아니라 하나의 일체형으로 제작될 수 있다. 마찬가지로, 제2 신호 도체 부분(1212)과 도체(1241) 역시 하나의 일체형으로 제작될 수 있다.
제2 신호 도체 부분(1212)과 도체(1241)가 개별적으로 제작된 후, 서로 연결되는 경우, 이음매(1250)로 인한 도체 손실이 있을 수 있다. 이 때, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 신호 도체 부분(1212)과 도체(1241)는 별도의 이음매 없이(seamless) 서로 연결되며, 도체(1241)와 그라운드 도체 부분(1213)도 별도의 이음매 없이 서로 연결될 수 있으며, 이음매로 인한 도체 손실을 줄일 수 있다. 결국, 제2 신호 도체 부분(1212)과 그라운드 도체 부분(1213)은 별도의 이음매 없이 하나의 일체형으로서 제작될 수 있다. 마찬가지로, 제1 신호 도체 부분(1211)과 그라운드 도체 부분(1213)은 별도의 이음매 없이 하나의 일체형으로서 제작될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 별도의 이음매 없이 하나의 일체형으로서 둘 이상의 부분(partition)들을 서로 연결하는 유형을 'bulky type'이라고 부르기도 한다.
도 13은 Hollow type으로 설계된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 예를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, Hollow type으로 설계된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 제1 신호 도체 부분(1311), 제2 신호 도체 부분(1312), 그라운드 도체 부분(1313), 도체들(1341, 1342) 각각은 내부에 비어 있는 공간을 포함한다.
주어진(given) 공진 주파수에서, 유효 전류는 제1 신호 도체 부분(1311), 제2 신호 도체 부분(1312), 그라운드 도체 부분(1313), 도체들(1341, 1342) 각각의 모든 부분을 통해 흐르는 것이 아니라, 일부의 부분만을 통해 흐르는 것으로 모델링될 수 있다. 즉, 주어진 공진 주파수에서, 제1 신호 도체 부분(1311), 제2 신호 도체 부분(1312), 그라운드 도체 부분(1313), 도체들(1341, 1342) 두께(depth)가 각각의 skin depth보다 지나치게 두꺼운 것은 비효율적일 수 있다. 즉, 그것은 공진기(1300)의 무게 또는 공진기(1300)의 제작 비용을 증가시키는 원인이 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 주어진 공진 주파수에서 제1 신호 도체 부분(1311), 제2 신호 도체 부분(1312), 그라운드 도체 부분(1313), 도체들(1341, 1342) 각각의 skin depth를 기초로 제1 신호 도체 부분(1311), 제2 신호 도체 부분(1312), 그라운드 도체 부분(1313), 도체들(1341, 1342) 각각의 두께를 적절히 정할 수 있다. 제1 신호 도체 부분(1311), 제2 신호 도체 부분(1312), 그라운드 도체 부분(1313), 도체들(1341, 1342) 각각이 해당 skin depth보다 크면서도 적절한 두께를 갖는 경우, 공진기(1300)는 가벼워질 수 있으며, 공진기(1300)의 제작 비용 또한 감소될 수 있다.
예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 신호 도체 부분(1312)의 두께는 d mm로 정해질 수 있고, d는
Figure 112012035593833-pat00006
를 통해서 결정될 수 있다. 여기서, f는 주파수,
Figure 112012035593833-pat00007
는 투자율,
Figure 112012035593833-pat00008
는 도체 상수를 나타낸다. 특히, 제1 신호 도체 부분(1311), 제2 신호 도체 부분(1312), 그라운드 도체 부분(1313), 도체들(1341, 1342) 이 구리(copper)로서 5.8x10^7의 도전율(conductivity)을 갖는 경우에, 공진 주파수가 10kHz에 대해서는 skin depth가 약 0.6mm일 수 있으며, 공진 주파수가 100MHz에 대해서는 skin depth는 0.006mm일 수 있다.
도 14는 parallel-sheet이 적용된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 예를 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, parallel-sheet이 적용된 무선 전력 전송을 위한 공진기에 포함된 제1 신호 도체 부분(1411), 제2 신호 도체 부분(1412) 각각의 표면에는 parallel-sheet이 적용될 수 있다.
제1 신호 도체 부분(1411), 제2 신호 도체 부분(1412)은 완벽한 도체(perfect conductor)가 아니므로, 저항 성분을 가질 수 있고, 그 저항 성분으로 인해 저항 손실(ohmic loss)가 발생할 수 있다. 이러한 저항 손실은 Q 팩터를 감소시키고, 커플링 효율을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 신호 도체 부분(1411), 제2 신호 도체 부분(1412) 각각의 표면에 parallel-sheet을 적용함으로써, 저항 손실을 줄이고, Q 팩터 및 커플링 효율을 증가시킬 수 있다. 도 14의 부분(1470)을 참조하면, parallel-sheet이 적용되는 경우, 제1 신호 도체 부분(1411), 제2 신호 도체 부분(1412) 각각은 복수의 도체 라인들을 포함한다. 이 도체 라인들은 병렬적으로 배치되며, 제1 신호 도체 부분(1411), 제2 신호 도체 부분(1412) 각각의 끝 부분에서 접지(short)된다.
제1 신호 도체 부분(1411), 제2 신호 도체 부분(1412) 각각의 표면에 parallel-sheet을 적용하는 경우, 도체 라인들이 병렬적으로 배치되므로, 도체 라인들이 갖는 저항 성분들의 합은 감소된다. 따라서, 저항 손실을 줄이고, Q 팩터 및 커플링 효율을 증가시킬 수 있다.
도 15는 분산된 캐패시터를 포함하는 무선 전력 전송을 위한 공진기의 예를 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 무선 전력 전송을 위한 공진기에 포함되는 캐패시터(1520)는 분산된 캐패시터일 수 있다. 집중 소자로서의 캐패시터는 상대적으로 높은 등가 직렬 저항(Equivalent Series Resistance: ESR)을 가질 수 있다. 집중 소자로서의 캐패시터가 갖는 ESR을 줄이기 위한 여러 제안들이 있지만, 본 발명의 실시예는 분산 소자로서의 캐패시터(1520)를 사용함으로써, ESR을 줄일 수 있다. 참고로, ESR로 인한 손실은 Q 팩터 및 커플링 효율을 감소시킬 수 있다.
분산 소자로서의 캐패시터(1520)는 도 15에 도시된 바와 같이, 지그 재그 구조를 가질 수 있다. 즉, 분산 소자로서의 캐패시터(1520)는 지그 재그 구조의 도체 라인 및 유전체로 구현될 수 있다.
뿐만 아니라, 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 분산 소자로서의 캐패시터(1520)를 사용함으로써, ESR로 인한 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 복수 개의 집중 소자로서의 캐패시터들을 병렬적으로 사용함으로써, ESR로 인한 손실을 줄일 수 있다. 왜냐 하면, 집중 소자로서의 캐패시터들 각각이 갖는 저항 성분들은 병렬 연결을 통하여 작아지기 때문에, 병렬적으로 연결된 집중 소자로서의 캐패시터들의 유효 저항 또한 작아질 수 있으며, 따라서, ESR로 인한 손실을 줄일 수 있다. 예를 들어, 10pF의 캐패시터 하나를 사용하는 것을 1pF의 캐패시터들 10개를 사용하는 것으로 대체함으로써, ESR로 인한 손실을 줄일 수 있다.
도 16은 도 10에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기는 도 16에 도시된 등가 회로로 모델링될 수 있다. 도 16의 등가 회로에서 CL은 도 10의 전송 선로의 중단부에 집중 소자의 형태로 삽입된 캐패시터를 나타낸다.
이 때, 도 10에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기는 영번째 공진 특성을 갖는다. 즉, 전파 상수가 0인 경우, 무선 전력 전송을 위한 공진기는
Figure 112012035593833-pat00009
를 공진 주파수로 갖는다고 가정한다. 이 때, 공진 주파수
Figure 112012035593833-pat00010
는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기서, MZR은 Mu Zero Resonator를 의미한다.
[수학식 1]
Figure 112012035593833-pat00011
상기 수학식 1을 참조하면, 공진기의 공진 주파수
Figure 112012035593833-pat00012
는
Figure 112012035593833-pat00013
에 의해 결정될 수 있고, 공진 주파수
Figure 112012035593833-pat00014
와 공진기의 물리적인 사이즈는 서로 독립적일 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 공진 주파수
Figure 112012035593833-pat00015
와 공진기의 물리적인 사이즈가 서로 독립적이므로, 공진기의 물리적인 사이즈는 충분히 작아질 수 있다.
도 17은 예시적인 다른 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
무선 전력 전송 시스템은 소스 공진기(1710), 무선 전력 트랜시버(1720) 및 타겟 공진기(1730)를 포함할 수 있다. 무선 전력 트랜시버(1720)는 소스 공진기(1710)로부터 전력을 수신하고, 타겟 공진기(1730)에 수신한 전력을 전달할 수 있다. 무선 전력 트랜시버(1720)는 소스 공진기(1720)에서 타겟 공진기(1730)로 전송되는 전력의 전송 효율을 높일 수 있도록 소스 공진기(1720)와 타겟 공진기(1730) 사이에서 최적화된 위치에 설치될 수 있다.
무선 전력 트랜시버(1720)는 소스 공진기(1710)로부터 무선 전력을 수신하는수신 공진기, 타겟 공진기(1730)로 무선 전력을 전송하는 전송 공진기를 포함할 수 있다. 이때, 수신 공진기 및 전송 공진기는 하나의 공진기로 구현될 수도 있고, 두 개 이상의 복수의 공진기들로 구현될 수도 있다.
무선 전력 트랜시버(1720)는 또한 서브 공진기 및 자기장 분포 제어부를 포함할 수 있다. 자기장 분포 제어부는 무선 전력 트랜시버(1720)의 전송 공진기에서 발생하는 자기장의 분포를 제어할 수 있다. 서브 공진기는 도 8 및 도 10에서 설명된 공진기의 구조들 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 그 밖에 공진기 기능을 수행하는 어떠한 형태의 구조로도 구현될 수 있다.
자기장 분포 제어부는 전송 공진기 또는 서브 공진기에 흐르는 전류의 방향을 제어하여 전송 공진기 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 제어할 수 있다. 서브 공진기에 흐르는 전류의 방향은 전송 공진기의 공진 주파수에 대한 서브 공진기의 공진 주파수의 비율에 기초하여 결정될 수 있다.
자기장 분포 제어부는 전송 공진기의 공진 주파수 또는 서브 공진기의 공진 주파수를 제어할 수 있다. 예를 들면, 전송 공진기의 공진 주파수와 서브 공진기의 공진 주파수가 동일한 경우에는 전송 공진기의 중앙에서 자기장의 세기가 강화된다. 이 경우, 무선 전력 트랜시버(1720)의 무선 전력 전송 효율은 증가할 수 있다. 또한, 전송 공진기의 중앙에서 자기장의 세기가 강화됨으로써, 무선 전력을 전달할 수 있는 영역이 증가할 수 있으므로, 보다 원거리에 있는 타겟 공진기(1730)에 무선 전력을 전송할 수 있다.
도 18은 일 실시예에 따른 전기 자동차(electric vehicle) 충전 시스템을 나타낸다.
도 18을 참조하면, 전기 자동차 충전 시스템(1800)은 소스 시스템(1810), 소스 공진기(1820), 타겟 공진기(1830), 타겟 시스템(1840) 및 전기 자동차용 배터리(1850)을 포함한다.
전기 자동차 충전 시스템(1800)은 도 1의 무선 전력 전송 시스템과 유사한 구조를 가진다. 즉, 전기 자동차 충전 시스템(1800)은 소스 시스템(1810) 및 소스 공진기(1820)로 구성되는 소스를 포함한다. 또한, 전기 자동차 충전 시스템(1800)은 타겟 공진기(1830) 및 타겟 시스템(1840)로 구성되는 타겟을 포함한다.
이때, 소스 시스템(1810)은 도 1의 소스 디바이스(110)와 같이, AC/DC 컨버터, Power Detecter, 전력 변환부, 제어 및 통신부를 포함할 수 있다. 이때, 타겟 시스템(1840)은 도 1의 타겟 디바이스(120)과 같이, 정류부, DC/DC 컨버터, 스위치부, 충전부 및 제어 및 통신부를 포함할 수 있다.
전기 자동차용 배터리(1850)는 타겟 시스템(1840)에 의해 충전 될 수 있다.
전기 자동차 충전 시스템(1800)은 수 KHz~수십 MHz의 공진 주파수를 사용할 수 있다.
소스 시스템(1810)은 충전 차량의 종류, 배터리의 용량, 배터리의 충전 상태에 따라 전력을 생성하고, 생성된 전력을 타겟 시스템(1840)으로 공급할 수 있다.
소스 시스템(1810)은 소스 공진기(1820) 및 타겟 공진기(1830)의 정렬(alignment)를 맞추기 위한 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 소스 시스템(1810)의 제어부는 소스 공진기(1820)와 타겟 공진기(1830)의 alignment가 맞지 않은 경우, 타겟 시스템(1840)으로 메시지를 전송하여 alignment를 제어할 수 있다.
이때, alignment가 맞지 않은 경우란, 타겟 공진기(1830)의 위치가 마그네틱 레조넌스(magnetic resonance)가 최대로 일어나기 위한 위치에 있지 않은 경우 일 수 있다. 즉, 차량이 정확하게 정차되지 않은 경우, 소스 시스템(1810)은 차량의 위치를 조정하도록 유도함으로써, 소스 공진기(1820)와 타겟 공진기(1830)의 alignment가 맞도록 유도할 수 있다.
소스 시스템(1810)과 타겟 시스템(1840)은 통신을 통해, 차량의 식별자를 송수신할 수 있고, 각종 메시지를 주고 받을 수 있다.
도 2 내지 도 17에서 설명된 내용들은 전기 자동차 충전 시스템(1800)에 적용될 수 있다. 다만, 전기 자동차 충전 시스템(1800)은 수 KHz~수십 MHz의 공진 주파수를 사용하고, 전기 자동차용 배터리(1850)를 충전하기 위해 수십 watt이상의 전력 전송을 수행할 수 있다.
무선 전력 전송 시스템에서, 자기장 분포 제어부는 소스 공진기의 공진 주파수에 대한 서브 공진기의 공진 주파수의 비율을 제어함으로써, 소스 공진기 내부에서 발생하는 자기장을 증가 또는 감소시킬 수 있다.
또한, 소스 공진기 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일하게 함으로써, 소스 공진기 위에 위치한 타겟 디바이스의 위치에 관계없이 일정한 입력 임피던스를 생성할 수 있다.
또한, 소스 공진기와 타겟 디바이스 간에 일정한 입력 임피던스를 생성함으로써, 소스 공진기와 타겟 디바이스 간에 임피던스 매칭을 용이하게 수행할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 타겟 공진기와 마그네틱 커플링을 통하여 타겟 디바이스에 전력을 무선으로 전송하는 소스 공진기;
    상기 소스 공진기의 내부에 위치하는 적어도 하나의 서브 공진기; 및
    상기 소스 공진기의 공진 주파수에 대한 상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수의 비율을 제어하여, 상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기 및 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이의 자기장의 세기를 제어하는 자기장 분포 제어부
    를 포함하는
    무선 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소스 공진기는
    제1 신호 도체 부분 및 제2 신호 도체 부분과, 상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분에 대응되는 제1 그라운드 도체 부분을 포함하는 제1 전송 선로;
    상기 제1 신호 도체 부분과 상기 제1 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제1 도체;
    상기 제2 신호 도체 부분과 상기 제1 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제2 도체; 및
    상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분을 흐르는 전류에 대하여 직렬로 상기 제1 신호 도체 부분 및 상기 제2 신호 도체 부분 사이에 삽입되는 적어도 하나의 제1 캐패시터
    를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전송 선로, 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체는 루프 구조를 형성하는
    무선 전력 전송 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전송 선로, 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체에 의해 형성되는 루프의 내부에 위치하여, 상기 소스 공진기의 임피던스를 결정하는 매칭기
    를 더 포함하는 무선 전력 전송 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 분포 제어부는
    상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수가 상기 소스 공진기의 공진 주파수보다 큰 값을 갖도록 제어하여, 상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기를 강화시키고, 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이 영역의 자기장의 세기를 약화시키는
    무선 전력 전송 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 분포 제어부는
    상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수가 상기 소스 공진기의 공진 주파수보다 작은 값을 갖도록 제어하여, 상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기를 약화시키고, 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이 영역의 자기장의 세기를 강화시키는
    무선 전력 전송 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 분포 제어부는
    상기 소스 공진기 내부의 소정영역에 위치한 복수의 서브 공진기들의 공진 주파수들을, 각각 상기 소스 공진기의 공진 주파수보다 작거나 큰 값을 갖도록 제어하여, 상기 복수의 서브 공진기들 내부의 자기장의 세기 및 상기 복수의 서브 공진기들과 상기 소스 공진기 사이 영역의 자기장의 세기를 제어하는
    무선 전력 전송 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소스 공진기는
    코일을 스파이럴(spiral) 형태로 n번 감은 스파이럴 공진기임을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 공진기는
    제3 신호 도체 부분 및 제4 신호 도체 부분과, 상기 제3 신호 도체 부분 및 상기 제4 신호 도체 부분에 대응되는 제2 그라운드 도체 부분을 포함하는 제2 전송 선로;
    상기 제3 신호 도체 부분과 상기 제2 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제3 도체;
    상기 제4 신호 도체 부분과 상기 제2 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제4 도체; 및
    상기 제3 신호 도체 부분 및 상기 제4 신호 도체 부분을 흐르는 전류에 대하여 직렬로 상기 제3 신호 도체 부분 및 상기 제4 신호 도체 부분 사이에 삽입되는 적어도 하나의 제2 캐패시터
    를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자기장 분포 제어부는
    상기 제2 캐패시터의 캐패시턴스, 상기 제2 전송선로의 길이 및 폭을 제어함으로써, 상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수를 제어하는
    무선 전력 전송 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 전송 선로, 상기 제3 도체 및 상기 제4 도체는 사각(rectangular) 형태의 루프 구조를 형성하는
    무선 전력 전송 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2 전송 선로, 상기 제3 도체 및 상기 제4 도체는 원(circular) 형태의 루프 구조를 형성하는
    무선 전력 전송 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제2 전송 선로, 상기 제3 도체 및 상기 제4 도체는 십자(cross) 형태의 루프 구조를 형성하는
    무선 전력 전송 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 공진기는
    상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부에 위치하고, 상기 전력을 무선으로 전송 시, 상기 적어도 하나의 서브 공진기를 보조하여, 상기 소스 공진기의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 강화 또는 약화시키는 적어도 하나의 서브-서브 공진기
    를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 공진기는
    메타 공진기, 스파이럴(spiral) 공진기, helical 공진기 중 적어도 하나임을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  16. 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 마그네틱 커플링을 형성하고, 상기 마그네틱 커플링을 통해 타겟 디바이스에 전력을 무선으로 전송하는 단계; 및
    상기 소스 공진기의 내부 중 소정영역에 위치한 적어도 하나의 서브 공진기를 통하여, 상기 마그네틱 커플링의 형성 시, 상기 소스 공진기의 공진 주파수에 대한 상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수의 비율을 제어하여, 상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기 및 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이의 자기장의 세기를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 서브 공진기는
    제3 신호 도체 부분 및 제4 신호 도체 부분과, 상기 제3 신호 도체 부분 및 상기 제4 신호 도체 부분에 대응되는 제2 그라운드 도체 부분을 포함하는 제2 전송 선로;
    상기 제3 신호 도체 부분과 상기 제2 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제3 도체;
    상기 제4 신호 도체 부분과 상기 제2 그라운드 도체 부분을 전기적으로 연결하는 제4 도체; 및
    상기 제3 신호 도체 부분 및 상기 제4 신호 도체 부분을 흐르는 전류에 대하여 직렬로 상기 제3 신호 도체 부분 및 상기 제4 신호 도체 부분 사이에 삽입되는 적어도 하나의 제2 캐패시터
    를 포함하는
    무선 전력 전송 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기 및 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이의 자기장의 세기를 제어하는 단계는
    상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수가 상기 소스 공진기의 공진 주파수보다 큰 값을 갖도록 제어하여, 상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기를 강화시키고, 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이 영역의 자기장의 세기를 약화시키는
    무선 전력 전송 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기 및 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이의 자기장의 세기를 제어하는 단계는
    상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수가 상기 소스 공진기의 공진 주파수보다 작은 값을 갖도록 제어하여, 상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기를 약화시키고, 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이 영역의 자기장의 세기를 강화시키는
    무선 전력 전송 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기 및 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이의 자기장의 세기를 제어하는 단계는
    상기 소스 공진기 내부의 소정영역에 위치한 복수의 서브 공진기들의 공진 주파수들을, 각각 상기 소스 공진기의 공진 주파수보다 작거나 큰 값을 갖도록 제어하여, 상기 복수의 서브 공진기들 내부의 자기장의 세기 및 상기 복수의 서브 공진기들과 상기 소스 공진기 사이 영역의 자기장의 세기를 제어하는
    무선 전력 전송 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 공진기 내부의 자기장의 세기 및 상기 적어도 하나의 서브 공진기와 상기 소스 공진기 사이의 자기장의 세기를 제어하는 단계는
    상기 제2 캐패시터의 캐패시턴스, 상기 제2 전송선로의 길이 및 폭을 제어함으로써, 상기 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수를 제어하는
    무선 전력 전송 방법.
KR1020120047202A 2011-05-06 2012-05-04 무선 전력 전송 장치 및 방법 KR101374691B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/464,515 US8842635B2 (en) 2011-05-06 2012-05-04 Apparatus and method for anti-collision in wireless power transmission

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110044395 2011-05-12
KR20110044395 2011-05-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120127231A KR20120127231A (ko) 2012-11-21
KR101374691B1 true KR101374691B1 (ko) 2014-03-17

Family

ID=47141398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120047202A KR101374691B1 (ko) 2011-05-06 2012-05-04 무선 전력 전송 장치 및 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9431830B2 (ko)
KR (1) KR101374691B1 (ko)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150021285A (ko) 2013-08-20 2015-03-02 엘지이노텍 주식회사 무선전력 수신장치
JP6379889B2 (ja) * 2014-05-07 2018-08-29 株式会社Ihi 非接触給電システム及び受電装置
AU2015301277A1 (en) 2014-08-03 2017-02-23 PogoTec, Inc. Wearable camera systems and apparatus and method for attaching camera systems or other electronic devices to wearable articles
US9635222B2 (en) 2014-08-03 2017-04-25 PogoTec, Inc. Wearable camera systems and apparatus for aligning an eyewear camera
JP6191578B2 (ja) * 2014-10-27 2017-09-06 株式会社村田製作所 ワイヤレス給電装置およびワイヤレス給電システム
SG11201705196QA (en) 2014-12-23 2017-07-28 Pogotec Inc Wireless camera system and methods
US10481417B2 (en) 2015-06-10 2019-11-19 PogoTec, Inc. Magnetic attachment mechanism for electronic wearable device
BR112017026524A2 (pt) 2015-06-10 2018-08-14 Pogotec Inc ?sistema de peça ocular, e, adaptador de dispositivo portátil?
TW201729610A (zh) 2015-10-29 2017-08-16 帕戈技術股份有限公司 適用於無線功率接收之助聽器
US11558538B2 (en) 2016-03-18 2023-01-17 Opkix, Inc. Portable camera system
EP3539285A4 (en) 2016-11-08 2020-09-02 Pogotec, Inc. PORTABLE ELECTRONIC DEVICE INTELLIGENT BOX
US10804748B2 (en) * 2016-12-14 2020-10-13 Apple Inc. Wireless power system with foreign object detection
CN107482795B (zh) * 2017-09-15 2020-04-07 苏州加士革电子科技有限公司 一种6.78Mhz谐振无线充电接收电路
KR102030252B1 (ko) * 2017-11-24 2019-10-08 경희대학교 산학협력단 무선 전력을 분배하는 장치 및 방법
WO2019208887A1 (ko) * 2018-04-24 2019-10-31 엘에스전선 주식회사 무선전력 전송 시스템
US11300857B2 (en) 2018-11-13 2022-04-12 Opkix, Inc. Wearable mounts for portable camera
KR102670579B1 (ko) 2020-10-27 2024-05-29 한국전자통신연구원 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010073976A (ja) 2008-09-19 2010-04-02 Yazaki Corp ワイヤレス電力伝送装置の通信コイル構造
WO2010093997A1 (en) * 2009-02-13 2010-08-19 Witricity Corporation Wireless energy transfer in lossy environments
KR20110004322A (ko) * 2009-07-06 2011-01-13 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 시스템 및 상기 시스템을 위한 공진기

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3692548B2 (ja) * 1994-09-19 2005-09-07 株式会社セガ 物体の面を検出する装置及びゲーム装置
US6888511B2 (en) * 2002-09-09 2005-05-03 Brian Victor Cake Physically small antenna elements and antennas based thereon
US20090058189A1 (en) * 2007-08-13 2009-03-05 Nigelpower, Llc Long range low frequency resonator and materials
KR20130025444A (ko) * 2008-07-17 2013-03-11 퀄컴 인코포레이티드 Ｈｆ 무선 전력 전달 안테나의 적응형 매칭 및 튜닝
US8901880B2 (en) * 2008-08-19 2014-12-02 Qualcomm Incorporated Wireless power transmission for portable wireless power charging
US9136914B2 (en) * 2009-01-22 2015-09-15 Qualcomm Incorporated Impedance change detection in wireless power transmission
US20100201311A1 (en) * 2009-02-10 2010-08-12 Qualcomm Incorporated Wireless charging with separate process
US9294154B2 (en) * 2013-03-12 2016-03-22 Georgia Tech Research Corporation Enhanced inductive power and data transmission using hyper resonance

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010073976A (ja) 2008-09-19 2010-04-02 Yazaki Corp ワイヤレス電力伝送装置の通信コイル構造
WO2010093997A1 (en) * 2009-02-13 2010-08-19 Witricity Corporation Wireless energy transfer in lossy environments
KR20110004322A (ko) * 2009-07-06 2011-01-13 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 시스템 및 상기 시스템을 위한 공진기

Also Published As

Publication number Publication date
US20120286581A1 (en) 2012-11-15
US9431830B2 (en) 2016-08-30
KR20120127231A (ko) 2012-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101374691B1 (ko) 무선 전력 전송 장치 및 방법
US10355533B2 (en) Wireless power transmission system, and method for controlling wireless power transmission and wireless power reception
US11040631B2 (en) Electronic device and method for transmitting and receiving wireless power
KR101897160B1 (ko) 무전 전력 전송 시스템에서 무선 전력을 분배하는 장치 및 방법
KR101382213B1 (ko) 무선 전력 전송 장치 및 방법, 무선 전력 수신 장치
KR101779344B1 (ko) 무선 전력 전송 시스템, 무선 전력 전송 및 수신 제어 방법
KR101896979B1 (ko) 무선 전력 전송 및 충전 시스템, 무선전력 전송 및 충전 시스템의 공진 주파수 제어 방법
KR101850527B1 (ko) 휴대용 디바이스 및 휴대용 디바이스의 무선 전력 충전 시스템
KR101735558B1 (ko) 공진 전력 전송 시스템, 공진 전력 전송 및 수신 제어 방법
KR101322843B1 (ko) 전력 수신단을 사용한 무선 전력 전송을 위한 장치 및 방법
KR101318742B1 (ko) 임피던스 매칭 조건을 고려한 무선 전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법
KR101358280B1 (ko) 전력 전송 효율을 고려한 공진 전력 전송 시스템
KR20110004321A (ko) 무선 전력 전송 시스템 및 상기 시스템을 위한 공진기
KR20120126333A (ko) 무선 전력 전송 시스템, 무선 전력 전송 시스템의 공진 임피던스 및 공진 주파수의 제어 방법
US9178388B2 (en) Wireless power transmission apparatus
KR20120019033A (ko) 방사형 무선 전력 전송 및 수신 장치
KR20140006353A (ko) 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치
KR101847814B1 (ko) 공진 전력 전송 시스템, 공진 전력 전송 및 수신 제어 방법
KR101952604B1 (ko) 무선 전력 전송 시스템, 무선 전력 전송 및 수신 제어 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190919

Year of fee payment: 6

R401 Registration of restoration