KR101634867B1 - 빔조향 공진기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전방향 빔조향이 가능한 빔조향 공진기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 빔조향 공진기는, 직각으로 교차하여 2개의 교차점을 형성하는 제1 루프 및 제2 루프; 상기 제1 루프 또는 제2 루프에 설치되는 교류 전원; 상기 2개의 교차점 중 하나에 위치하는 제1 스위치부; 및 상기 스위치의 동작을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하며, 상기 제1 스위치부는 상기 제1 루프의 종단점인 제1 노드와 제2 노드, 상기 제2 루프의 종단점인 제3 노드와 제4노드에 연결되며, 상기 제1 스위치부의 동작에 대응하여 자기 에너지를 전달하기 위한 빔 조향 방향이 결정된다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 평면 또는 공간 상에서 전방향으로 빔 조향이 가능하다. 또한, 원하는 위치 또는 방향으로 빔 조향함으로써 무선전력전송의 효율을 높일 수 있다.

Description

빔조향 공진기{BEAM STEERING RESONATOR}
본 발명은 빔조향 공진기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기공명 방식으로 무선전력전송을 하는 전방향 빔조향이 가능한 공진기에 관한 것이다.
무선전력전송 기술이란 전선을 사용하지 않고 전력을 전송할 수 있는 기술을 의미한다. 무선으로 전기 에너지를 전력원에서 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송(wireless power transmission) 기술은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다.
일상생활에서 사용되는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 자기유도 방식이란 수 mm 내외로 인접한 두 개의 코일에 유도전류를 일으켜 배터리를 충전하는 방식이다. 3w 이하의 소형기기에 적용 가능하고 공급 전력 대비 60~90%의 효율을 보이나, 충전기-수신기 간 거리가 수 mm로 매우 짧고 발열이 많으며 충전 위치에 따라 충전 효율이 크게 달라진다는 것이 단점이다.
무선전력전송 기술 중에서 자기공명 방식이란 두 매체가 같은 주파수로 공진할 경우 전자파가 근거리 자기장을 통해 한 매체에서 다른 매체로 이동하는 감쇄파 결합 현상을 이용하는 기술로, 2007년 사이언스지를 통해 발표되었다. 이 기술은 기존의 원거리 전자파 방사와는 달리 사용되는 주파수/파장에 비해 짧은 거리에서의 전달로 근접장 효과를 이용하고 기존의 자기 유도에서 나아가 송/수신부의 공진 주파수를 일치시켜 매우 높은 효율로 비방사형 중거리 무선 에너지 전송 기술에 관한 것이다. 그런데, 자기공명 방식에 의하는 경우에도 고효율의 전력전송을 위해서는 공진 조건과 함께 송/수신 코일의 커플링(coupling)을 크게 만드는 것과 커플링의 위치 및 방향을 조절하는 빔조향에 관한 기술이 개선될 필요가 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제2013-0127228호(2013.11.22)에 기재되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 자기공명 방식으로 무선전력전송을 하는 전방향 빔조향이 가능한 공진기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 자기공명 방식으로 전력을 송수신하는 빔조향 공진기에 있어서, 빔조향 공진기는 직각으로 교차하여 2개의 교차점을 형성하는 제1 루프 및 제2 루프; 상기 제1 루프 또는 제2 루프에 설치되는 교류 전원; 상기 2개의 교차점 중 하나에 위치하는 제1 스위치부; 및 상기 스위치의 동작을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하며, 상기 제1 스위치부는 상기 제1 루프의 종단점인 제1 노드와 제2 노드, 상기 제2 루프의 종단점인 제3 노드와 제4노드에 연결되며, 상기 제1 스위치부의 동작에 대응하여 자기 에너지를 전달하기 위한 빔 조향 방향이 결정된다.
또한, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드를 연결하는 가상의 선과 상기 제3 노드와 상기 제4 노드를 연결하는 가상의 선은 서로 수직일 수 있다.
또한, 상기 스위칭 제어부는, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이를 턴온하고, 상기 제3 노드와 상기 제4 노드 사이를 턴오프하여, 상기 제1 루프를 관통하는 방향으로 자기 에너지를 전달할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 제어부는, 상기 제3 노드와 상기 제4 노드 사이를 턴온하고, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이를 턴오프하여, 상기 제2 루프를 관통하는 방향으로 자기 에너지를 전달할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 제어부는, 상기 제1 노드와 상기 제4 노드 사이를 턴온하고, 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이를 턴온하여, 상기 제1 노드와 제4 노드를 연결하는 가상의 선에 수직한 방향 및 상기 제2 노드와 상기 제3 노드를 연결하는 가상의 선에 수직한 방향으로 자기 에너지를 전달할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 제어부는, 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이를 턴온하고, 상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이를 턴온하여, 상기 제1 노드와 제3 노드를 연결하는 가상의 선에 수직한 방향 및 상기 제2 노드와 상기 제4 노드를 연결하는 가상의 선에 수직한 방향으로 자기 에너지를 전달할 수 있다.
또한, 상기 제1 루프 및 상기 제2 루프에 각각 수직인 제3 루프, 상기 제1 루프와 상기 제3 루프가 교차하는 2개의 교차점 중 하나에 위치하는 제2 스위치부, 그리고 상기 제2 루프와 상기 제3 루프가 교차하는 2개의 교차점 중 하나에 위치하는 제3 스위치부를 더 포함하며, 상기 제1 내지 제3 스위치부의 동작에 대응하여 자기 에너지를 전달하기 위한 빔 조향 방향이 3차원적으로 결정될 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 루프는, 공진 주파수를 갖기 위해 커패시터가 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다.
본 발명인 빔조향 공진기에 따르면, 평면 또는 공간 상에서 전방향으로 빔 조향이 가능하다. 또한, 원하는 위치 또는 방향으로 빔 조향함으로써 무선전력전송의 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기의 구조를 나타내는 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기의 제1 모드에서의 스위치 연결관계 및 자기장을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기의 제2 모드에서의 스위치 연결관계 및 자기장을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기의 제3 모드에서의 스위치 연결관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 나타낸 빔조향 공진기의 제3 모드에서 형성되는 자기장을 설명하기 위한 벡터도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기의 제4 모드에서의 스위치 연결관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 나타낸 빔조향 공진기의 제4 모드에서 형성되는 자기장을 설명하기 위한 벡터도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 빔조향 공진기의 구조를 나타내는 개략적인 회로도이다.
도 9은 본 발명의 제2 실시예에 따른 빔조향 공진기의 3D 환경에서의 응용예를 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 도 1 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기의 구조를 나타내는 개략적인 회로도이다.
도 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기(100)는 제1 루프(110), 제2 루프(120), 교류 전원(130), 제1 스위치부(140) 및 스위칭 제어부(150)를 포함한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기(100)는 무선전력전송을 위해 자기공명 방식을 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기(100)는 무선전력 송신기뿐만 아니라 수신기에 해당될 수 있다.
도 1에 나타낸 것처럼, 제1 루프(110) 및 제2 루프(120)의 형태가 직사각형에 한정되는 것은 아니며, 다각형 또는 원형의 루프도 가능하다. 또한, 개략적인 회로도인 도 1에는 생략되어 있지만 제1 루프(110) 및 제2 루프(120)는 공진기로서 인덕터(inductor), 커패시터(capacitor) 및 저항(resistance) 성분의 소자를 포함한다. 여기서, 제1 및 제2 루프는 공진 주파수를 통하여 자기 에너지를 전달하며, 제1 루프 또는 제2 루프에 포함되는 상기 커패시터는 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다.
제1 루프(110)가 형성하는 가상의 제1 루프면과 제2 루프(120)가 형성하는 가상의 제2 루프면은 3차원 공간에서 그 사이각이 직각이 되도록 배치될 수 있다. 따라서, 제1 루프(110)와 제2 루프(120)는 3차원 공간의 두 개의 지점에서 서로 교차점을 형성한다. 그리고, 상기 두 개의 교차점 중의 하나의 교차점에 스위치가 위치한다. 그리고, 제1 루프(110)와 제2 루프(120)의 나머지 교차점은 서로 직접 연결되지 않도록 설계된다.
스위치부(140)는 제1 루프(110) 또는 제2 루프(120)의 4개의 노드와 연결되는데, 제1 노드(111) 및 제2 노드(112)는 제1 루프(110)의 종단점에 형성되고, 제3 노드(121) 및 제4 노드(122)는 제2 루프(120)의 종단점에 형성된다. 제1 루프면과 제2 루프면이 서로 수직인 경우, 제1 노드(111)와 제2 노드(112)를 연결하는 가상의 선과 제3 노드(121)와 제4 노드(122)를 연결하는 가상의 선은 서로 수직이 되도록 배치될 수 있다.
스위칭 제어부(150)는 스위치부(140)의 ON/OFF 동작을 제어한다. 즉, 스위칭 제어부(150)는 스위치부(140)와 연결된 제1 노드(111) 내지 제4 노드(122) 중에서 어느 두 개의 노드를 개방 또는 연결시킴으로써 스위치의 ON/OFF 동작을 제어한다. 따라서, 빔조향 공진기(100)는 제1 스위치부(140)의 동작에 따라 교류 전원(130)의 전력을 각종 전자기기에 무선으로 전송할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 빔조향 공진기의 제1 모드에서의 스위치 연결관계 및 자기장을 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기(100)의 제1 모드 동작에서, 스위칭 제어부(150)의 제어에 따른 스위치부(140)의 동작에 의해 제1 노드(111) 및 제2 노드(112)가 서로 연결되고, 제3 노드(121) 및 제4 노드(122) 사이가 개방된다. 이 경우, 제1 루프를 관통하는 방향으로 자기 에너지(magnetic energy)가 전달될 수 있다.
도 2에 나타낸 제1 노드(111) 및 제2 노드(112)의 연결에 따라 교류 전원(130)에 의해 제1 루프에 도2에 표시된 방향으로 전류(i)가 흐르게 되면, 앙페르(Ampere)의 오른나사의 법칙에 의해 자기장(magnetic field)은 평면을 뚫고 나오는 방향으로 형성된다. 또한, 교류의 특성에 따라 전류의 방향이 반대인 경우, 자기장(magnetic field)은 평면을 뚫고 나가는 방향으로 형성된다. 상기 양 방향의 장기장(magnetic field)을 도 2의 오른쪽 그림인 빔조향 공진기(100)의 평면도에 타원 형태로 나타내었다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 빔조향 공진기의 제2 모드에서의 스위치 연결관계 및 자기장을 나타내는 도면이다.
도 3에 나타낸 것처럼, 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기(100)의 제2 모드 동작에서, 스위칭 제어부(150)의 제어에 따른 스위치부(140)의 동작에 의해 제3 노드(121) 및 제4 노드(122)가 서로 연결되고, 제1 노드(111) 및 제2 노드(112) 사이가 개방된다. 이 경우, 제2 루프를 관통하는 방향으로 자기 에너지(magnetic energy)가 전달될 수 있다.
도 3에 나타낸 제3 노드(121) 및 제4 노드(122)의 연결에 따라 교류 전원(130)에 의해 제2 루프에 도3에 표시된 방향으로 전류(i)가 흐르게 되면, 앙페르(Ampere)의 오른나사의 법칙에 의해 자기장(magnetic field)은 제2 루프면 오른쪽 방향으로 형성된다. 또한, 교류의 특성에 따라 전류의 방향이 반대인 경우, 자기장(magnetic field)은 제2 루프면 왼쪽 방향으로 형성된다. 상기 양 방향의 자기장(magnetic field)를 도 3의 오른쪽 그림인 빔조향 공진기(100)의 평면도에 타원 형태로 나타내었다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 빔조향 공진기의 제3 모드에서의 스위치 연결관계를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4에 나타낸 빔조향 공진기의 제3 모드에서 형성되는 자기장을 설명하기 위한 벡터도이다.
도 4에 나타낸 것처럼, 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기(100)의 제3 모드 동작에서, 스위칭 제어부(150)의 제어에 따른 스위치부(140)의 동작에 의해 제1 노드(111) 및 제4 노드(122)가 서로 연결되고, 제2 노드(112) 및 제3 노드(121)가 서로 연결된다.
도 4에 나타낸 제1 노드(111) 및 제4 노드(122)의 연결과 제2 노드(112) 및 제3 노드(121)의 연결에 따라 교류 전원(130)에 의해 제1 루프와 제2 루프가 서로 연결되어 형성되는 단일 폐루프에 도4에 표시된 방향(왼쪽 그림)과 교류의 특성에 따른 그 반대 방향(오른쪽 그림)으로 전류(i)가 흐르게 되면, 앙페르(Ampere)의 오른나사의 법칙에 의해 자기장(magnetic field) B12가 도 5에 표시된 타원의 모양으로 형성된다.
도 5에 나타낸 것처럼, 제3 모드에서 형성되는 자기장은 B12와 B34의 합으로 표현할 수 있다. B12 및 B34의 방향은 교류에서 전류 방향의 차이에 따른 것이다. 먼저, 제1 노드 및 제2 노드에 의해 형성되는 가상적인 루프면에 앙페르의 오른나사 법칙을 적용하면, 자기장 B1이 도 5에서 아래 방향으로 형성된다. 그리고 제3 노드 및 제4 노드에 의해 형성되는 가상적인 루프면에 앙페르의 오른나사 법칙을 적용하면, 자기장 B2가 도 5에서 오른쪽 방향으로 형성된다. 여기서, B1 및 B2의 합을 구하면 도 5에서 우측 및 상측 간 대각선 방향의 B12를 구할 수 있다.
교류의 특성상 전류의 방향이 반대인 경우, 도 5에 나타낸 것처럼, B3는 윗쪽 방향으로 형성되고, B4는 왼쪽 방향으로 형성된다. 여기서, B3와 B4을 합하면 도 5에서 좌측 및 상측 간 대각선 방향의 B34를 구할 수 있다. 최종적으로, 제3 모드에서 형성되는 자기장은 교류의 양방향성 전류로 인해, 도 5에 나타낸 것처럼 타원 모양의 B12 와 B34의 합으로 표현될 수 있다. 따라서, 제3 모드에서 전체 자기장(B12 + B34)은 도 5에서 타원으로 표시되는 대각선 방향으로 형성됨을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 빔조향 공진기의 제4 모드에서의 스위치 연결관계를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6에 나타낸 빔조향 공진기의 제4모드에서 형성되는 자기장을 설명하기 위한 벡터도이다.
도 6에 나타낸 것처럼, 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔조향 공진기(100)의 제4 모드 동작에서, 스위칭 제어부(150)의 제어에 따른 스위치부(140)의 동작에 의해 제1 노드(111) 및 제3 노드(121)가 서로 연결되고, 제2 노드(112) 및 제4 노드(122)가 서로 연결된다.
도 6에 나타낸 제1 노드(111) 및 제3 노드(121)의 연결과 제2 노드(112) 및 제4 노드(122)의 연결에 따라 교류 전원(130)에 의해 제1 루프와 제2 루프가 서로 연결되어 형성되는 단일 폐루프에 도6에 표시된 방향으로 전류(i)가 흐르게 되면, 앙페르(Ampere)의 오른나사의 법칙에 의해 자기장(magnetic field) B34가 도 6에 표시된 타원의 모양으로 형성된다.
도 7에 나타낸 것처럼, 제4 모드에서 형성되는 자기장은 B56와 B78의 합으로 표현할 수 있다. B56 및 B78의 방향은 교류에서 전류 방향의 차이에 따른 것이다. 먼저, 제1 노드 및 제2 노드에 의해 형성되는 가상적인 루프면에 앙페르의 오른나사 법칙을 적용하면, 자기장 B5가 도 7에서 아래 방향으로 형성된다. 그리고 제3 노드 및 제4 노드에 의해 형성되는 가상적인 루프면에 앙페르의 오른나사 법칙을 적용하면, 자기장 B6가 도 5에서 왼쪽 방향으로 형성된다. 여기서, B5 및 B6의 합을 구하면 도 7에서 좌측 및 하측 간 대각선 방향의 B56를 구할 수 있다.
교류의 특성상 전류의 방향이 반대인 경우, 도 7에 나타낸 것처럼, B7은 윗쪽 방향으로 형성되고, B8은 오른쪽 방향으로 형성된다. 여기서, B7과 B8을 합하면 도 7에서 우측 및 상측 간 대각선 방향의 B78을 구할 수 있다. 최종적으로, 제4 모드에서 형성되는 자기장은 교류의 양방향성 전류로 인해, 도 7에 나타낸 것처럼 타원 모양의 B56 와 B78의 합으로 표현될 수 있다. 따라서, 제4 모드에서 전체 자기장(B56 + B78)은 도 7에서 타원으로 표시되는 대각선 방향으로 형성됨을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제1 모드 내지 제4 모드에서 각각 2개의 방향으로 자기장이 형성되므로, 총 8개의 방향으로 자기장이 형성될 수 있다.
이하에서는 도 8 및 도 9를 참고하여 3차원적으로 형성되는 본 발명의 제2 실시예에 따른 빔조향 공진기에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 빔조향 공진기의 구조를 나타내는 개략적인 회로도이다.
도 8에 나타낸 것처럼, 본 발명의 제2 실시예에 따른 빔조향 공진기는 제1 루프(210) 및 제2 루프(220)에 각각 수직인 제3 루프(260)를 추가적으로 더 포함한다.
여기서 제1 루프(210)와 제2 루프(220)는 도 1에 도시한 제1 루프(110) 및 제2 루프(120)와 동일한 소자로 구성되며, 추가적으로 포함되는 제3 루프(260)는 제1 루프(210) 및 제2 루프(220)와 마찬가지로 공진기로서 인덕터(inductor), 커패시터(capacitor) 및 저항(resistance) 성분의 소자를 포함한다. 여기서, 제1 내지 제3 루프는 공진 주파수를 통하여 자기 에너지를 전달하며, 각 루프에 포함되는 커패시터는 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다.
도 8에 나타낸 제2 실시예의 제1 스위치부(240)의 구조는 도 1에 나타낸 제1 실시예의 제1 스위치부(140)의 구조와 동일하다.
제2 스위치부(270)는 제1 루프(210)와 제3 루프(260)가 교차하는 2개의 교차점 중 하나에 위치할 수 있다. 또한, 제3 스위치부(280)는 제2 루프(220)와 제3 루프(260)가 교차하는 2개의 교차점 중 하나에 위치할 수 있다.
제2 스위치부(270) 및 제3 스위치부(280)의 내부에도 도 1에 나타낸 제1 실시예의 제1 스위치부(140)와 같이 4개의 스위칭 단자가 형성되어 있다. 또한, 스위칭 제어부(250)는 제1 스위치부(240)뿐만 아니라 제2 스위치부(270)와 제3 스위치부(280)를 함께 제어할 수 있다.
여기서, 제1 스위치부(240) 내지 제3 스위치부(280)의 동작에 대응하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 빔조향 공진기(200)는 3차원적으로 빔 조향 방향을 결정하여 자기 에너지를 전달할 수 있다. 즉, 제1 루프(210) 내지 제3 루프(260)가 서로 연결됨으로써 가상의 제1 루프면, 제2 루프면 및 제3 루프면에 대해 앙페르(Ampere)의 오른나사의 법칙을 적용하면, 스위칭 제어부(250)는 제1 스위치부(240), 제2 스위치부(270) 및 제3 스위치부(280)의 스위칭 동작과 각 루프의 상대적 위치를 제어하여 3차원 공간에서 원하는 방향으로 자기장을 형성할 수 있다. 여기서, 3차원 공간에서 형성되는 자기장의 방향도 제1 실시예와 같은 방법에 따라 교류 전류의 방향에 따라 형성되는 자기장 벡터의 벡터합을 구하는 형식으로 구할 수 있다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 전후 방향, 상하 방향, 좌우 방향에 대해서 각각 45도 단위로 다수의 방향으로 빔조향이 가능하다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 빔조향 공진기의 3D 환경에서의 응용예를 나타내는 도면이다.
도 9에 나타낸 것처럼, 빔조향 공진기(200)가 실내 내부의 특정 위치에 구비되어 있는 경우에, 무선 충전 대상인 휴대용 단말기(300)의 위치가 책상 위에서 탁자 위로 변경되는 경우에도, 스위칭 제어부(250)의 스위치 제어에 따라 탁자 위 방향으로 빔 조향이 가능하므로 탁자 위로 옮겨진 휴대용 단말기에 무선전력전송이 가능하다.
여기서, 본 발명에 따른 실시예로서 송신기에 해당하는 빔조향 공진기(200)와 수신기에 해당하는 휴대용 단말기(300) 간의 상대적 위치에 따라서 빔조향 모드가 결정되고 그 방향이 결정되므로 빔조향 공진기(200)는 휴대용 단말기(300)의 위치 정보를 알고 있을 필요가 있다. 따라서, 빔조향 공진기(200)는 블루투스 등의 근거리 통신을 이용하여 휴대용 단말기(300)의 위치 정보를 수집할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에 따른 효과를 높이기 위하여, 원하지 않는 방향으로의 빔을 차폐하기 위한 목적으로 페라이트를 루프 주변에 조합할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 빔조향 공진기에 따르면, 평면 또는 공간 상에서 전방향으로 빔 조향이 가능하다. 또한, 원하는 위치 또는 방향으로 빔 조향함으로써 무선전력전송의 효율을 높일 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100, 200: 빔조향 공진기,
110, 210: 제1 루프, 120, 220: 제2 루프,
130, 230: 교류 전원, 140, 240: 제1 스위치부,
150, 250: 스위칭 제어부, 260: 제3 루프,
270: 제2 스위치부, 280: 제3 스위치부

Claims (8)

  1. 자기공명 방식으로 전력을 송수신하는 빔조향 공진기에 있어서,
    직각으로 교차하여 2개의 교차점을 형성하는 제1 루프 및 제2 루프;
    상기 제1 루프 또는 제2 루프에 설치되는 교류 전원;
    상기 2개의 교차점 중 하나에 위치하는 제1 스위치부; 및
    상기 제1 루프 및 제2 루프 중 적어도 어느 하나에 전류가 흐르도록 스위치의 동작을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하며,
    상기 제1 스위치부는 상기 제1 루프의 종단점인 제1 노드와 제2 노드, 상기 제2 루프의 종단점인 제3 노드와 제4노드에 연결되며,
    상기 제1 스위치부의 동작에 대응하여 자기 에너지를 전달하기 위한 빔 조향 방향이 결정되고,
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드를 연결하는 가상의 선과 상기 제3 노드와 상기 제4 노드를 연결하는 가상의 선은 서로 수직이며,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이를 턴온하고, 상기 제3 노드와 상기 제4 노드 사이를 턴오프하여, 상기 제1 루프를 관통하는 방향으로 자기 에너지를 전달하거나,
    상기 제3 노드와 상기 제4 노드 사이를 턴온하고, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이를 턴오프하여, 상기 제2 루프를 관통하는 방향으로 자기 에너지를 전달하거나,
    상기 제1 노드와 상기 제4 노드 사이를 턴온하고, 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이를 턴온하여, 상기 제1 노드와 제4 노드를 연결하는 가상의 선에 수직한 방향 및 상기 제2 노드와 상기 제3 노드를 연결하는 가상의 선에 수직한 방향으로 자기 에너지를 전달하거나,
    상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이를 턴온하고, 상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이를 턴온하여, 상기 제1 노드와 제3 노드를 연결하는 가상의 선에 수직한 방향 및 상기 제2 노드와 상기 제4 노드를 연결하는 가상의 선에 수직한 방향으로 자기 에너지를 전달하는 빔조향 공진기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 루프 및 상기 제2 루프에 각각 수직인 제3 루프,
    상기 제1 루프와 상기 제3 루프가 교차하는 2개의 교차점 중 하나에 위치하는 제2 스위치부, 그리고
    상기 제2 루프와 상기 제3 루프가 교차하는 2개의 교차점 중 하나에 위치하는 제3 스위치부를 더 포함하며,
    상기 스위치 제어부는 상기 제1 내지 제3 루프 중 적어도 하나에 전류가 흐르도록 스위치의 동작을 제어하고,
    상기 제1 내지 제3 스위치부의 동작에 대응하여 자기 에너지를 전달하기 위한 빔 조향 방향이 3차원적으로 결정되는 빔조향 공진기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 루프는,
    공진 주파수를 통하여 자기 에너지를 전달하며, 내부에 위치하는 커패시터가 병렬 또는 직렬로 연결되는 빔조향 공진기.
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