KR102070337B1 - 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템 - Google Patents
투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102070337B1 KR102070337B1 KR1020180031323A KR20180031323A KR102070337B1 KR 102070337 B1 KR102070337 B1 KR 102070337B1 KR 1020180031323 A KR1020180031323 A KR 1020180031323A KR 20180031323 A KR20180031323 A KR 20180031323A KR 102070337 B1 KR102070337 B1 KR 102070337B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- wireless power
- power transmission
- meta
- metastructure
- transmission system
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 19
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 131
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 28
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 6
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 6
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000001646 magnetic resonance method Methods 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
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
- H02J50/70—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
- H02J50/50—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using additional energy repeaters between transmitting devices and receiving devices
-
- H02J5/005—
-
- 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
- H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
Abstract
본 발명은 무선 전력전송(Wireless power transfer ; WPT) 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 무선 전력전송의 효율을 높이기 위해 송수신기 사이에 3차원 형태의 불투명한 메타구조가 적용됨으로 인해 전체적인 무선 전력전송 시스템의 소형화 및 다양한 분야에 적용이 어려웠던 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 기존의 3차원 형태의 불투명한 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형태로 구현함으로써, 무선 전력전송 효율을 증대시켜 전송거리를 증가시키는 동시에, 전자기장(electromagnetic field ; EMF)의 누출(leakage)을 감소시킬 수 있는 데 더하여, 무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하여 보다 다양한 분야에 용이하게 적용 가능하도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 무선으로 전력 공급이 가능한 무선 전력전송(Wireless power transfer ; WPT) 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 무선 전력전송의 효율을 높이기 위해 송수신기 사이에 3차원 형태의 불투명한 메타구조가 적용됨으로 인해 전체적인 시스템의 소형화 및 다양한 분야에 적용이 어려웠던 종래기술의 문제점을 해결할 수 있도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기한 바와 같이 무선 전력전송 시스템의 소형화 및 다양한 분야에 적용이 어려웠던 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 기존의 3차원 형태의 불투명한 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형태로 구현함으로써, 전송 효율을 높이는 동시에, 무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하여 보다 다양한 분야에 용이하게 적용 가능하도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템에 관한 것이다.
아울러, 본 발명은, 상기한 바와 같이 기존의 3차원 형태의 불투명한 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형태로 구현함으로써, 전송거리를 증가시키는 동시에, 전자기장(electromagnetic field ; EMF) 누출(leakage)을 감소시킬 수 있도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
최근, 예를 들면, 스마트폰이나 태블릿 PC 등과 같이, 각 개인이 휴대하여 사용하는 전자기기의 종류가 증가하고 있으며, 이에 따라, 이러한 전자기기들에 전원을 공급하기 위한 전원공급수단의 수요가 크게 증가하고 있다.
즉, 상기한 스마트폰이나 태블릿 PC 등과 같은 개인 휴대용 전자기기들은 휴대성을 위해 대부분 충전식 배터리를 내장하고 있으며, 실외에서 전자기기를 원활히 사용하기 위하여는 배터리를 수시로 충전하는 것이 필요하나, 충전을 위하여는 충전기와 기기를 전선으로 매번 연결하고 충전완료시 제거해야 하므로, 번거로움과 함께 충전중에 전선으로 인해 기기의 사용에 제약이 따르는 등의 불편함이 발생하게 된다.
여기서, 상기한 바와 같은 유선 충전방식의 문제점을 해결하기 위해, 최근에는, 무선 전력전송(Wireless power transfer ; WPT) 기술을 이용하여, 충전기와 기기를 유선으로 연결할 필요 없이 무선으로 전력을 전송하여 충전이나 전원공급을 행하는 무선충전기의 보급이 증가되고 있다.
그러나 상기한 바와 같은 무선 전력전송 기술은, 무선충전이라고 해도 거의 충전기에 접촉하여야 충전이 되는 등, 아직까지 그 기술적 한계로 인해 전송거리나 충전속도 등의 여러 가지 제약이 있으므로, 이러한 한계를 극복하기 위한 다양한 연구가 요구되고 있다.
더 상세하게는, 상기한 바와 같은 무선 전력전송 기술에 대한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1119260호에 따르면, 외부로부터 전원이 인가되면 무선으로 전송할 무선 에너지를 생성하고, 생성된 무선 에너지를 자기 공명 방식에 의해 무선 송신하며, 상기 무선 송신시 방사상으로 퍼지는 무선 에너지를 한 점으로 집속된 상태로 송신하는 무선 에너지 송신부; 및 상기 무선 에너지 송신부로부터 송신된 무선 에너지를 한 점으로 집속된 상태로 자기 공명 방식에 의해 무선 수신하는 무선 에너지 수신부를 포함하는 음의 굴절률을 갖는 메타 구조체를 이용한 무선 에너지 송수신 장치가 제시된 바 있다.
또한, 상기한 바와 같은 무선 전력전송 기술에 대한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1167401호에 따르면, 외부로부터 전원이 인가되면 무선으로 전송할 무선 에너지를 생성하고, 생성된 무선 에너지를 송신 시 방사상으로 퍼지는 무선 에너지를 한 방향으로 집중된 상태로 자기 공명 방식에 의해 무선 송신하는 무선 에너지 송신부; 및 상기 무선 에너지 송신부로부터 송신된 무선 에너지를 한 방향으로 집중된 상태로 자기 공명 방식에 의해 무선 수신하는 무선 에너지 수신부를 포함하고, 상기 무선 에너지 송신부는, 외부로부터 전원이 인가되면 인덕터(L)와 캐패시터(C)에 의한 공진 주파수를 사용하여 무선 에너지를 생성하고, 상기 무선 에너지를 자기 공명 방식에 의해 무선 송신하는 무선 송신 루프; 및 무선 송신 경로 상에 설치되어 무선 송신 시 방사상으로 퍼지는 상기 무선 에너지를 한 방향으로 집중된 상태로 송신하는 제로 굴절률을 갖는 무선 송신 메타 구조체로 구성되며, 상기 무선 송신 메타 구조체는, 상기 무선 송신 루프의 지름보다 큰 지름을 갖는 기판; 및 상기 기판상에 분할 링 공진 패턴으로 이루어진 메타 셀이 반복 배열되어 형성된 메타 구조를 포함하는 제로 굴절률을 갖는 메타 구조체를 이용한 무선 에너지 송수신 장치가 제시된 바 있다.
상기한 바와 같이, 종래, 무선으로 전력을 전송하도록 구성되는 다양한 형태의 무선 전력전송 장치들이 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래기술의 무선 전력전송 장치들은 다음과 같은 문제점이 있는 것이었다.
즉, 종래기술의 무선 전력전송 시스템들은 제한된 전송거리 및 전자기장(EMF) 누출 등과 같은 문제가 있으며, 이에, 상기한 한국 등록특허공보 제10-1119260호 및 한국 등록특허공보 제10-1167401호에 제시된 바와 같이, 종래기술의 무선 전력전송 시스템들은 대부분 전송효율을 높이기 위해 송신측과 수신측 사이에 3차원 구조체로 형성되는 메타구조를 포함하여 구성되는 경우가 일반적이다.
그러나 상기한 바와 같은 종래기술의 무선 에너지 송수신 장치들은, 상기한 바와 같이 송신기와 수신기 사이에 불투명한 3차원 구조의 메타구조가 위치함으로 인해, 전체적인 구조가 복잡해지고 소형화가 어려울 뿐만 아니라, 실제 무선 전력전송 시스템을 구현하여 다양한 분야에 적용하기가 현실적으로 어려운 문제점이 있는 것이었다.
따라서 상기한 바와 같이, 송신기와 수신기 사이에 불투명한 3차원 구조의 메타구조가 위치함으로 인해 전체적인 구조가 복잡해지고 소형화가 어려울 뿐만 아니라, 다양한 분야에 적용하기 어려운 한계가 있었던 종래기술의 무선 전력전송 기술들의 문제점을 극복하기 위하여는, 예를 들면, 기존의 불투명한 3차원 구조의 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 투명한 2차원 구조로 구현한다면, 휴대전화나 태블릿 PC 및 노트북 등과 같은 다양한 휴대용 전자기기의 표면에 인쇄 또는 부착하는 간단한 구성으로 무선 전력전송 효율을 크게 개선시킬 수 있으므로 다양한 분야에 용이하게 적용 가능할 것으로 기대되나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다.
[선행기술문헌]
1. 한국 등록특허공보 제10-1119260호 (2012.02.15.)
2. 한국 등록특허공보 제10-1167401호 (2012.07.13.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 무선 전력전송의 효율을 높이기 위해 송수신기 사이에 3차원 형태의 불투명한 메타구조가 적용됨으로 인해 전체적인 시스템의 소형화 및 다양한 분야에 적용이 어려웠던 종래기술의 문제점을 해결할 수 있도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 무선 전력전송 시스템의 소형화 및 다양한 분야에 적용이 어려웠던 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 기존의 3차원 형태의 불투명한 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형태로 구현함으로써, 전송 효율을 높이는 동시에, 무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하여 보다 다양한 분야에 용이하게 적용 가능하도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 바와 같이 기존의 3차원 형태의 불투명한 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형태로 구현함으로써, 전송거리를 증가시키는 동시에 전자기장(EMF)의 누출을 감소시킬 수 있도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 무선 전력전송(Wireless power transfer ; WPT)의 효율을 높이기 위해 송수신기 사이에 3차원 형태의 불투명한 메타구조(meta-material structure)가 적용됨으로 인해 무선 전력전송 시스템의 소형화 및 다양한 분야에 적용이 어려웠던 종래기술의 문제점을 해결할 수 있도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템에 있어서, 적어도 하나의 전도성 코일 또는 전도성 코일 패턴을 포함하여 무선으로 전력을 송신하는 송신부; 적어도 하나의 전도성 코일 또는 전도성 코일 패턴을 포함하여 상기 송신부로부터 전송된 전력을 수신하는 수신부; 상기 송신부에 전원을 공급하기 위한 전원공급부; 및 상기 송신부와 상기 수신부 사이에 배치되어 무선으로 전송되는 전력신호의 증폭작용을 수행하도록, 기판에 서로 다른 성질을 가지는 두 가지 메타물질로 각각 이루어지는 전도성 패턴을 미리 정해진 형태의 배열이나 패턴으로 인쇄하여 2차원 평면 형상으로 형성되는 메타구조체를 포함하여 이루어지는 증폭부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템이 제공된다.
여기서, 상기 메타구조체는, 인쇄회로기판(printed circuit board ; PCB)을 포함하는 평면 기판을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메타구조체는, 투명 전도성 패턴을 이용하여 투명하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 메타구조체는, 상기 기판의 중심부에 미리 정해진 형상의 전도성 패턴이 미리 정해진 패턴으로 배열된 제 1 메타물질부; 및 상기 제 1 메타물질부의 주변을 둘러싸도록 미리 정해진 형상의 전도성 패턴이 미리 정해진 패턴으로 배열된 제 2 메타물질부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 메타구조체는, 상기 제 1 메타물질부가 영(zero)의 투자율(permeability)을 가지는 메타물질 판(metamaterial slab)으로 구성되고, 상기 제 2 메타물질부가 음(negative)의 투자율을 가지는 메타물질 판으로 구성됨으로써, 상기 메타구조체를 통과하는 자기장이 중심부에서는 상기 제 1 메타물질부에 의해 직진하고, 주변부에서는 상기 제 2 메타물질부에 의해 중심 쪽으로 휘어지게 되어 집속되는 것에 의해, 방사상으로 퍼져서 손실되는 자기장이 감소되고 무선 전력전송 효율이 증대되어 전송거리가 증가되는 동시에, 전자기장(electromagnetic field ; EMF)의 누출(leakage)이 감소될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메타구조체는, 상기 송신부 측에 상기 송신부와 미리 정해진 간격으로 이격 배치되도록 구성됨으로써, 무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 무선 전력전송 시스템은, ITO(Indium-Tin-Oxide) 또는 카본 나노튜브(Carbon Nanotube)를 포함하여 이루어지는 투명 전도성 패턴을 이용하여 전자기기의 표면에 상기 메타구조체를 인쇄하도록 구성됨으로써, 무선 전력전송 효율을 증대시켜 전송거리를 증가시키는 동시에, 전자기장(EMF)의 누출(leakage)을 감소시킬 수 있는 데 더하여, 무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템을 이용하여 무선으로 전력을 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력전송 방법이 제공된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기존의 3차원 형태의 불투명한 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형태로 구현하도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템이 제공됨으로써, 전송 효율을 높이는 동시에, 무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하여 보다 다양한 분야에 용이하게 적용 가능해진다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 기존의 3차원 형태의 불투명한 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형태로 구현하는 것에 의해 전송 효율을 높이는 동시에, 무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하여 보다 다양한 분야에 용이하게 적용 가능하도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템이 제공됨으로써, 전송거리를 증가시키는 동시에 전자기장(EMF)의 누출을 감소시킬 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 기존의 3차원 형태의 불투명한 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형태로 구현하는 것에 의해 전송 효율을 높이는 동시에, 무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템이 제공됨으로써, 무선 전력전송의 효율을 높이기 위하여 송수신기 사이에 3차원 형태의 불투명한 메타구조가 적용됨으로 인해 전체적인 시스템의 소형화 및 다양한 분야에 적용이 어려웠던 종래기술의 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 종래기술의 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템의 증폭부에 적용되는 메타구조체의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 무선 전력전송 시스템에서 메타구조체가 없는 경우와 있는 경우에 송신측(Tx) 코일로부터 수신측(Rx) 코일로 이동하는 자기장의 흐름을 각각 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템의 증폭부에 적용되는 메타구조체의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 무선 전력전송 시스템에서 메타구조체가 없는 경우와 있는 경우에 송신측(Tx) 코일로부터 수신측(Rx) 코일로 이동하는 자기장의 흐름을 각각 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 무선 전력전송의 효율을 높이기 위해 송수신기 사이에 3차원 형태의 불투명한 메타구조가 적용됨으로 인해 전체적인 시스템의 소형화 및 다양한 분야에 적용이 어려웠던 종래기술의 문제점을 해결할 수 있도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템에 관한 것이다.
아울러, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 무선 전력전송 시스템의 소형화 및 다양한 분야에 적용이 어려웠던 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 기존의 3차원 형태의 불투명한 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형태로 구현함으로써, 전송 효율을 높이는 동시에, 무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하여 보다 다양한 분야에 용이하게 적용 가능하도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템에 관한 것이다.
더욱이, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 기존의 3차원 형태의 불투명한 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형태로 구현함으로써, 전송거리를 증가시키는 동시에, 전자기장(EMF) 누출을 감소시킬 수 있도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 종래기술의 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래기술의 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템(10)은, 송신측 코일(11)과 수신측 코일(12) 사이에 전력전송 효율을 증대시키기 위한 3차원 구조의 메타구조체(13)가 각각 배치되어 있는 구조로 이루어진다.
따라서 도 1에 나타낸 바와 같은 종래기술의 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템은 3차원 구조의 메타구조체(13)가 송신측 코일(11)과 수신측 코일(12) 사이에 각각 배치됨으로 인해 그 구조가 복잡해지고 소형화가 어려운 단점이 있었으며, 그러한 3차원 구조의 메타구조체(13) 자체의 구현도 용이하지 못하여 현실적으로 적용이 어려운 한계가 있었다.
더욱이, 종래기술의 무선 전력 전송 시스템에 있어서, 송신측(Tx) 코일과 수신측(Rx) 코일 사이에서 전력 전송을 위해 자기유도 방식을 적용함으로 인해 전송거리가 제한적이며, 이에, 전송거리를 증가시키기 위한 다양한 연구가 진행되어 왔으나, 단순히 코일의 수를 증가시키거나 또는 코일의 크기를 증가시키는 것으로 전송거리를 늘리는 데 그치는 한계가 있는 것이 대부분이고, 실질적으로 원거리 무선 전력전송이 가능한 무선 전력전송 시스템은 아직까지 제시되지 못하고 있는 실정이다.
또한, 무선 전력전송 시스템도 다른 전자기기들과 마찬가지로 정해진 전자기파 규제 기준을 만족해야 하므로, 무선 전력전송 시스템을 구성하는데 있어서는 전송거리를 증가시키는 동시에 전자기장(EMF) 누출의 감소를 함께 고려해야만 한다.
이에, 본 발명은, 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위해, 후술하는 바와 같이 하여 전송거리를 증가시키는 동시에 전자기장(EMF) 누출을 감소할 수 있는 새로운 구조의 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템을 제시하였다.
더 상세하게는, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템(20)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템(20)은, 크게 나누어, 적어도 하나의 전도성 코일 또는 전도성 코일 패턴을 포함하여 무선으로 전력을 송신하는 송신부(21), 적어도 하나의 전도성 코일 또는 전도성 코일 패턴을 포함하여 송신부(21)로부터 전송된 전력을 수신하는 수신부(22), 송신부(21)에 전원을 공급하는 전원공급부(23) 및 송신부(21)와 수신부(22)의 사이에 배치되어 무선으로 전송되는 전력신호의 증폭작용을 수행하는 증폭부(24)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 송신부(21), 수신부(22) 및 전원공급부(23)의 구체적인 구성은 종래기술의 무선 전력전송 시스템의 구성을 참조하여 동일 내지 유사하게 구성될 수 있으며, 상기한 증폭부(24) 또한 코일 형태의 LC 공진회로가 미리 정해진 패턴으로 다수개 배열되어 이루어지는 메타구조체를 포함하여 구성될 수 있는 점은 종래기술과 유사하다고 할 수 있다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템(10)에 적용되는 메타구조체는, 도 1에 나타낸 바와 같은 기존의 불투명한 3차원 형상의 구조체가 아닌, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형상의 메타구조체로 구성되는 점이 다르다.
더 상세하게는, 도 3을 참조하면, 도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템(20)의 증폭부(24)에 적용되는 메타구조체의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템(20)의 증폭부(24)에 적용되는 메타구조체는, 예를 들면, 얇은 인쇄회로기판(printed circuit board ; PCB)과 같은 평면 기판에 서로 다른 성질을 가지는 두 가지 메타물질로 각각 이루어지는 전도성 패턴을 미리 정해진 형태의 배열이나 패턴으로 인쇄하여 구성될 수 있다.
더 상세하게는, 본 발명의 실시예에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템(20)의 증폭부(24)에 적용되는 메타구조체는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 중심부에 미리 정해진 형상의 전도성 패턴이 미리 정해진 패턴으로 배열된 제 1 메타물질부(31)와, 제 1 메타물질부(31)의 주변을 둘러싸도록 미리 정해진 형상의 전도성 패턴이 미리 정해진 패턴으로 배열된 제 2 메타물질부(32)를 포함하는 혼합형 메타물질 판(hybrid metamaterial slab)의 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 제 1 메타물질부(31)는, 예를 들면, 영(zero)의 투자율(permeability)을 가지는 메타물질 판(metamaterial slab)으로 구성될 수 있고, 또한, 제 2 메타물질부(32)는 음(negative)의 투자율을 가지는 메타물질 판으로 각각 구성될 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 영(zero)의 투자율을 가지는 제 1 메타물질부(31) 주위에 음(negative)의 투자율을 가지는 제 2 메타물질부(32)가 미리 정해진 패턴으로 각각 배치됨으로써, 메타구조체를 통과하는 자기장을 집속시켜 전송효율을 높이고 전자기장의 누출을 감소할 수 있다.
더 상세하게는 도 4를 참조하면, 도 4는 무선 전력전송 시스템에서 메타구조체가 없는 경우와 있는 경우에 송신측(Tx) 코일로부터 수신측(Rx) 코일로 이동하는 자기장의 흐름을 각각 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4a에 나타낸 바와 같이, 메타구조체가 없는 경우는 송신측(Tx) 코일로부터의 자기장이 방사상으로 퍼지게 되어 수신측(Rx) 코일에서의 손실이 커지게 되나, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 영(zero)의 투자율을 가지는 제 1 메타물질부(31) 주위에 음(negative)의 투자율을 가지는 제 2 메타물질부(32)가 미리 정해진 패턴으로 배열된 메타구조체를 통과하는 자기장은, 중심부에서는 영(zero)의 투자율을 가지는 제 1 메타물질부(31)를 통과하여 직진하고, 주변부에서는 음(negative)의 투자율을 가지는 제 2 메타물질부(32)에 의해 안쪽(중심 쪽)으로 휘어지게 되어 자기장이 퍼지지 않고 중심부로 집속되어 수신측(Rx) 코일에 수신되게 된다.
따라서 상기한 바와 같은 구성으로부터, 영(zero)의 투자율을 가지는 제 1 메타물질부(31)와 음(negative)의 투자율을 가지는 제 2 메타물질부(32)를 포함하여 이루어지는 메타구조체를 송신부(21) 측에 배치함으로써, 방사상으로 퍼져서 손실되는 자기장이 감소되어 전송효율이 증가하는 동시에, 누출되는 전자기장을 감소할 수 있다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래기술의 경우는 3차원 형상의 메타구조체가 송신측 코일(11)과 수신측 코일(12) 양쪽에 각각 배치되나, 본 발명에 따르면, 2차원 평면 형상의 메타구조체가 송신부(21) 측에만 배치되도록 구성될 수 있으므로, 전체적인 시스템 구성의 간소화 및 소형화가 가능해진다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 메타구조체가 기존의 3차원 구조가 아닌 2차원 평면 형태로 형성되므로, 예를 들면, ITO(Indium-Tin-Oxide) 또는 카본 나노튜브(Carbon Nanotube) 등으로 이루어지는 투명 전도성 패턴을 이용하여 상기한 메타구조체를 투명하게 형성함으로써, 휴대전화나 태블릿 PC 또는 노트북의 표면에 인쇄하여 간단한 구성으로 용이하게 무선 전력전송 효율을 증대시킬 수 있는 등, 다양한 분야에 활용이 용이한 장점 또한 가지는 것이다.
여기서, 도 3 및 도 4를 참조하여 상기한 본 발명의 실시예에서는 제 1 메타물질부(31)에 전도성 패턴이 4×4 행렬의 형태로 배열되고, 제 2 메타물질부(32)에 전도성 패턴이 8×8 행렬의 형태로 배열되는 경우를 예로 하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 구성으로만 한정되는 것은 아니며, 즉, 상기한 영(zero)의 투자율을 가지는 제 1 메타물질부(31)와 음(negative)의 투자율을 가지는 제 2 메타물질부(32)의 배치나 배열, 각 메타물질부에 형성되는 LC 공진회로의 형상 및 송신부(21)와의 거리 등과 같은 구체적인 구성은, 예를 들면, 전송하고자 하는 전력량이나 전송거리 등과 같이, 필요에 따라 적절히 결정될 수 있는 것임에 유념해야 한다.
아울러, 상기한 바와 같이 메타구조체를 이용하여 무선 전력송신이 이루어지는 구체적인 구성이나 원리는 당업자에게 자명한 내용이므로, 이에, 본 발명에서는, 설명을 간략히 하기 위해 종래기술의 문헌 등을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있는 사항에 대하여는 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템을 구현할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템을 구현하는 것에 의해, 본 발명에 따르면, 기존의 3차원 형태의 불투명한 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형태로 구현하도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템이 제공됨으로써, 전송 효율을 높이는 동시에, 무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하여 보다 다양한 분야에 용이하게 적용 가능해진다.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 기존의 3차원 형태의 불투명한 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형태로 구현하는 것에 의해 전송 효율을 높이는 동시에, 무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하여 보다 다양한 분야에 용이하게 적용 가능하도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템이 제공됨으로써, 전송거리를 증가시키는 동시에 전자기장(EMF)의 누출을 감소시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 기존의 3차원 형태의 불투명한 메타구조를 투명 전도성 패턴을 이용하여 2차원 평면 형태로 구현하는 것에 의해 전송 효율을 높이는 동시에, 무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하여 보다 다양한 분야에 용이하게 적용 가능하도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템이 제공됨으로써, 무선 전력전송의 효율을 높이기 위하여 송수신기 사이에 3차원 형태의 불투명한 메타구조가 적용됨으로 인해 전체적인 시스템의 소형화 및 다양한 분야에 적용이 어려웠던 종래기술의 문제점을 해결할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 무선 전력전송 시스템 11. 송신측 코일
12. 수신측 코일 13. 메타구조체
20. 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템
21. 송신부 22. 수신부
23. 전원공급부 24. 증폭부
31. 제 1 메타물질부 32. 제 2 메타물질부
12. 수신측 코일 13. 메타구조체
20. 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템
21. 송신부 22. 수신부
23. 전원공급부 24. 증폭부
31. 제 1 메타물질부 32. 제 2 메타물질부
Claims (8)
- 무선 전력전송(Wireless power transfer ; WPT)의 효율을 높이기 위해 송수신기 사이에 3차원 형태의 불투명한 메타구조(meta-material structure)가 적용됨으로 인해 무선 전력전송 시스템의 소형화 및 다양한 분야에 적용이 어려웠던 종래기술의 문제점을 해결할 수 있도록 구성되는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템에 있어서,
적어도 하나의 전도성 코일 또는 전도성 코일 패턴을 포함하여 무선으로 전력을 송신하는 송신부;
적어도 하나의 전도성 코일 또는 전도성 코일 패턴을 포함하여 상기 송신부로부터 전송된 전력을 수신하는 수신부;
상기 송신부에 전원을 공급하기 위한 전원공급부; 및
상기 송신부와 상기 수신부 사이에 배치되어 무선으로 전송되는 전력신호의 증폭작용을 수행하도록, 기판에 서로 다른 성질을 가지는 두 가지 메타물질로 각각 이루어지는 전도성 패턴을 미리 정해진 형태의 배열이나 패턴으로 인쇄하여 2차원 평면 형상으로 형성되는 메타구조체를 포함하여 이루어지는 증폭부를 포함하고,
상기 메타구조체는,
투명 전도성 패턴을 이용하여 투명하게 형성되되,
ITO(Indium-Tin-Oxide) 또는 카본 나노튜브(Carbon Nanotube)를 포함하여 이루어지는 투명 전도성 패턴을 이용하여 전자기기의 표면에 인쇄되어 구성됨으로써,
무선 전력전송 효율을 증대시켜 전송거리를 증가시키는 동시에, 전자기장(EMF)의 누출(leakage)을 감소시킬 수 있는 데 더하여, 무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 메타구조체는,
인쇄회로기판(printed circuit board ; PCB)을 포함하는 평면 기판을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템.
- 삭제
- 제 2항에 있어서,
상기 메타구조체는,
상기 기판의 중심부에 미리 정해진 형상의 전도성 패턴이 미리 정해진 패턴으로 배열된 제 1 메타물질부; 및
상기 제 1 메타물질부의 주변을 둘러싸도록 미리 정해진 형상의 전도성 패턴이 미리 정해진 패턴으로 배열된 제 2 메타물질부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템.
- 제 4항에 있어서,
상기 메타구조체는,
상기 제 1 메타물질부가 영(zero)의 투자율(permeability)을 가지는 메타물질 판(metamaterial slab)으로 구성되고,
상기 제 2 메타물질부가 음(negative)의 투자율을 가지는 메타물질 판으로 구성됨으로써,
상기 메타구조체를 통과하는 자기장이 중심부에서는 상기 제 1 메타물질부에 의해 직진하고, 주변부에서는 상기 제 2 메타물질부에 의해 중심 쪽으로 휘어지게 되어 집속되는 것에 의해, 방사상으로 퍼져서 손실되는 자기장이 감소되고 무선 전력전송 효율이 증대되어 전송거리가 증가되는 동시에, 전자기장(electromagnetic field ; EMF)의 누출(leakage)이 감소될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템.
- 제 5항에 있어서,
상기 메타구조체는,
상기 송신부 측에 상기 송신부와 미리 정해진 간격으로 이격 배치되도록 구성됨으로써,
무선 전력전송 시스템의 간략화 및 소형화가 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템.
- 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180031323A KR102070337B1 (ko) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180031323A KR102070337B1 (ko) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190109809A KR20190109809A (ko) | 2019-09-27 |
| KR102070337B1 true KR102070337B1 (ko) | 2020-01-28 |
Family
ID=68096819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180031323A KR102070337B1 (ko) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102070337B1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2588885B (en) * | 2019-10-14 | 2023-10-18 | Kymira Ltd | Planar resonator |
| KR20230040568A (ko) | 2021-09-16 | 2023-03-23 | 한국전력공사 | 전송효율 달성을 위한 수신전력 기반 빔 스캐닝 알고리즘을 갖는 무선 전력 전송 시스템 및 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3928055B2 (ja) | 2005-03-02 | 2007-06-13 | 国立大学法人山口大学 | 負透磁率または負誘電率メタマテリアルおよび表面波導波路 |
| KR101040650B1 (ko) | 2010-03-11 | 2011-06-10 | 숭실대학교산학협력단 | 메타 물질 구조물 및 이를 이용한 무선 에너지 전송 시스템 |
| KR101545212B1 (ko) | 2014-12-31 | 2015-08-21 | 성균관대학교산학협력단 | 에너지 하베스팅을 위한 웨어러블 장치 및 그 제어 방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101398991B1 (ko) * | 2012-08-31 | 2014-05-28 | 숭실대학교산학협력단 | 무선전력 수신 장치 및 송신 장치, 무선전력 송수신 시스템 및 단말 |
| KR101694950B1 (ko) * | 2015-01-09 | 2017-01-10 | 경희대학교 산학협력단 | 무선 에너지 공급 장치 및 방법 |
-
2018
- 2018-03-19 KR KR1020180031323A patent/KR102070337B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3928055B2 (ja) | 2005-03-02 | 2007-06-13 | 国立大学法人山口大学 | 負透磁率または負誘電率メタマテリアルおよび表面波導波路 |
| KR101040650B1 (ko) | 2010-03-11 | 2011-06-10 | 숭실대학교산학협력단 | 메타 물질 구조물 및 이를 이용한 무선 에너지 전송 시스템 |
| KR101545212B1 (ko) | 2014-12-31 | 2015-08-21 | 성균관대학교산학협력단 | 에너지 하베스팅을 위한 웨어러블 장치 및 그 제어 방법 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 조연제 학위 논문* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190109809A (ko) | 2019-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9577468B2 (en) | Wireless charging receiving device and wireless charging system using the same | |
| US8779629B2 (en) | Apparatus for transmitting and receiving wireless energy using meta-material structures having zero refractive index | |
| US8598744B2 (en) | Apparatus for transmitting and receiving wireless energy using meta-material structures having negative refractive index | |
| KR102007226B1 (ko) | 이동 단말기 | |
| KR102015496B1 (ko) | 전자 기기, 전기 차량 및 무선 전력 전송장치 | |
| JP6036189B2 (ja) | アンテナモジュール、情報通信装置及び情報通信システム | |
| CN103904713B (zh) | 可扩展近距离无线通信距离的便携式电子装置 | |
| EP2984735B1 (en) | Wireless device charging system having a shared antenna | |
| US20130335284A1 (en) | Edge-emitting antennas for ultra slim wireless mobile devices | |
| CN102598465A (zh) | 可变无线功率发射 | |
| CN103733535A (zh) | 具有多个接收器线圈的无线电力接收器 | |
| TWM449362U (zh) | 具有射頻天線的無線充電薄膜電池 | |
| KR101971091B1 (ko) | 차폐층을 포함하는 안테나 모듈 및 무선 전력 수신 장치 | |
| JP2011072097A (ja) | 非接触電力伝送装置 | |
| US9246219B2 (en) | Handheld device | |
| WO2017069581A1 (ko) | 차량용 안테나 모듈 | |
| JP2020524438A (ja) | 車両用無線電力送信装置 | |
| KR102070337B1 (ko) | 투명 평면형 메타구조를 이용한 무선 전력전송 시스템 | |
| KR101554129B1 (ko) | 무선통신용 플렉시블 회로기판 | |
| JP2020195275A (ja) | 車両用無線電力送信装置 | |
| KR102075577B1 (ko) | 벽체를 이용한 무선 전력전송 시스템 | |
| US11615917B2 (en) | Method of manufacturing a ferrite sheet | |
| CN103368273A (zh) | 一种磁共振线圈装置以及无线能量传输系统 | |
| CN115769462A (zh) | 用于提高无线功率传输效率的附件设备 | |
| JP3245864U (ja) | 無線伝送モジュール |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |