KR102076493B1 - 무선 전력 수신기 및 이를 포함하는 무선 전력 시스템 - Google Patents

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이본영
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Abstract

무선 전력 수신기 및 이를 포함하는 무선 전력 시스템이 개시된다. 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 복수의 천공된 홀 영역들을 포함하는 제1 레이어, 절연 물질과 비아(via)를 포함하는 제2 레이어, 금속 물질로 구성되는 제3 레이어, 절연 물질로 구성되는 제4 레이어, 및 금속 물질로 구성되는 제5 레이어를 포함하는 안테나를 포함한다.

Description

무선 전력 수신기 및 이를 포함하는 무선 전력 시스템{WIRELESS POWER RECEIVER AND WIRELESS POWER SYSTEM COMPRISING THE SAME}
아래 실시예들은 무선 전력 송수신에 관한 것이다.
기존에는 각 테이블에서 충전하기 위해선 유선 연결이 필요하다. 하지만, 이러한 유선 연결의 경우, 유지보수를 할 때 불편함이 발생한다. 유지보수를 할 때에도 어느 곳에 어느 부분이 문제인지를 확인하고 그 곳의 케이블 및 부품을 교체해야 하는데, 이 또한 유선일 경우에 큰 불편함이 발생한다.
또한, 유선으로 연결되어 있기 때문에 테이블의 배치의 한계가 발생할 수 있다. 콘센트부터 전력이 공급되므로, 공간이 넓다 하더라도 테이블은 콘센트로부터 멀어 질 수 있는 거리가 한계가 있다. 물론 멀티탭을 이용하거나 길이가 긴 케이블을 사용하게 되면 거리를 늘릴 수 있겠지만, 이는 케이블이 더 많아진다는 것을 의미하며 미관상 복잡해지고 무결성을 해칠 수 있다. 그리고 케이블이 차지하는 공간 또한 증가하게 되므로, 이는 불필요하게 소모되는 공간이 증가하고 실질적으로 사용할 수 있는 공간이 줄어드는 것을 의미한다.
또한, 다량의 유선케이블을 사용하기 위해서는 사용자는 멀티탭을 이용해야 하는데, 이는 전기로 인한 화재의 위험성을 증가시킬 수 있다. 한 공간 내에서 많은 테이블을 사용하기 위해서는 비례적으로 많은 유선케이블이 필요한 것은 당연한 일이고, 그에 따른 멀티탭의 필요성 또한 비례적으로 많아질 수 있다. 일반적인 상식으로, 멀티탭의 모든 콘센트를 다 사용하게 되면 합선 및 여러 요인들에 의해 화재가 발생할 확률이 높다는 것은 누구나 알고 있는 사실이다. 그리고 멀티탭의 수가 많아질수록 화재가 발생할 확률 또한 훨씬 높아진다. 이를 방지하기 위해서는 사용하지 않을 때는 코드를 뽑고 쓸 때에는 코드를 꼽아서 사용해야 하지만, 이러한 경우에는 사용자의 불편함이 커지게 되고, 현실적으로도 지켜지는 것이 힘들다.
관련 선행기술로, 한국 공개특허공보 제10-2018-0107903호(발명의 명칭: 무선 충전 장치 및 그 제어 방법, 출원인: 현대자동차 주식회사)가 있다. 해당 공개특허공보에 개시된 무선 충전 장치는 무선 충전 안테나; 상기 무선 충전 안테나를 통하여 금속 물체를 검출하고, 상기 무선 충전 안테나를 통하여 상기 무선 충전 안테나를 통하여 사용자 장치와 통신하고, 상기 사용자 장치에 무선으로 전력을 공급하도록 상기 무선 충전 안테나에 교류 전류를 공급하는 전력 송신부 및 상기 금속 물체가 검출되면 상기 사용자 장치를 검색하고, 상기 사용자 장치가 검색되면 상기 무선 충전 안테나를 통하여 상기 사용자 장치에 무선으로 전력을 공급하도록 상기 전력 송신부를 제어하는 제어부를 포함한다.
일 측에 따른 무선 전력 수신기는 복수의 천공된 홀 영역들을 포함하는 제1 레이어, 절연 물질과 비아(via)를 포함하는 제2 레이어, 금속 물질로 구성되는 제3 레이어, 절연 물질로 구성되는 제4 레이어, 및 금속 물질로 구성되는 제5 레이어를 포함하는 안테나를 포함한다.
상기 무선 전력 수신기의 인덕턴스는 제1 레이어의 인덕턴스, 상기 제3 레이어의 인덕턴스, 및 상기 제5 레이어의 인덕턴스를 기초로 결정되고, 상기 무선 전력 수신기의 커패시턴스는 상기 제1 내지 제3 레이어에 따른 커패시턴스 및 상기 제3 내지 제5 레이어에 따른 커패시턴스를 기초로 결정된다.
상기 무선 전력 수신기의 인덕턴스는 상기 제1 레이어의 인덕턴스, 상기 제3 레이어의 인덕턴스, 및 상기 제5 레이어의 인덕턴스의 병렬 연결에 따른 합성 인덕턴스에 해당할 수 있다.
상기 제1 레이어의 인덕턴스 L mesh 는 아래 수학식 1에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019004331623-pat00001
상기 수학식 1에서 g는 상기 제1 레이어에 형성된 메쉬들 사이의 제1 간격을 나타내고, f는 주파수를 나타내며, k는 상수를 나타내고, c는 빛의 속도를 나타내고, a는 상기 메쉬들 사이의 제2 간격을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 수학식 1에서 csc()는 코시컨트(cosecant) 함수를 나타낸다.
상기 제3 레이어의 인덕턴스 L m-i 는 아래 수학식 2에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019004331623-pat00002
상기 수학식 2에서, l i 는 상기 제3 레이어의 길이를 나타내고, t i 는 상기 제3 레이어의 두께를 나타내며, w i 는 상기 제3 레이어의 폭을 나타내고, l G 는 상기 제5 레이어의 길이를 나타낼 수 있다.
상기 제5 레이어의 인덕턴스 L G 는 아래 수학식 3에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112019004331623-pat00003
상기 수학식 3에서, l G 는 상기 제5 레이어의 길이를 나타내고, t G 는 상기 제5 레이어의 두께를 나타내며, w G 는 상기 제5 레이어의 폭을 나타낼 수 있다.
상기 무선 전력 수신기의 커패시턴스는 상기 제1 내지 제3 레이어에 따른 커패시턴스 및 상기 제3 내지 제5 레이어에 따른 커패시턴스의 직렬 연결에 따른 합성 커패시턴스에 해당할 수 있다.
상기 무선 전력 수신기의 커패시턴스는 아래 수학식 4에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112019004331623-pat00004
상기 수학식 4에서 ε r 은 상대적 유전율을 나타내고, ε 0 은 자유 공간에서의 유전율을 나타내며, A mesh 는 상기 제1 레이어에 형성된 메쉬의 넓이를 나타내고, A intgnd 는 상기 제3 레이어의 넓이를 나타내고, t meshint 는 상기 제1 레이어와 제3 레이어 사이의 거리를 나타내고, t intgnd 는 상기 제3 레이어와 제5 레이어 사이의 거리를 나타낼 수 있다.
일 측에 따른 무선 전력 시스템은 전력을 출력하는 무선 전력 전송기; 및 금속 및 유전체를 통해 전파되는 상기 전력을 수신하는 무선 전력 수신기를 포함하고, 상기 무선 전력 수신기는 복수의 천공된 홀 영역들을 포함하는 제1 레이어, 절연 물질과 비아(via)를 포함하는 제2 레이어, 금속 물질로 구성되는 제3 레이어, 절연 물질로 구성되는 제4 레이어, 및 금속 물질로 구성되는 제5 레이어를 포함하는 안테나를 포함한다.
상기 무선 전력 수신기의 인덕턴스는 제1 레이어의 인덕턴스, 상기 제3 레이어의 인덕턴스, 및 상기 제5 레이어의 인덕턴스를 기초로 결정되고, 상기 무선 전력 수신기의 커패시턴스는 상기 제1 내지 제3 레이어에 따른 커패시턴스 및 상기 제3 내지 제5 레이어에 따른 커패시턴스를 기초로 결정된다.
상기 제1 레이어의 인덕턴스 L mesh 는 아래 수학식 1에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112019004331623-pat00005
상기 수학식 5에서 g는 상기 제1 레이어에 형성된 메쉬들 사이의 제1 간격을 나타내고, f는 주파수를 나타내며, k는 상수를 나타내고, c는 빛의 속도를 나타내고, a는 상기 메쉬들 사이의 제2 간격을 나타낼 수 있다.
상기 제3 레이어의 인덕턴스 L m-i 는 아래 수학식 6에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112019004331623-pat00006
상기 수학식 6에서, l i 는 상기 제3 레이어의 길이를 나타내고, t i 는 상기 제3 레이어의 두께를 나타내며, w i 는 상기 제3 레이어의 폭을 나타내고, l G 는 상기 제5 레이어의 길이를 나타낼 수 있다.
상기 제5 레이어의 인덕턴스 L G 는 아래 수학식 7에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112019004331623-pat00007
상기 수학식 7에서, l G 는 상기 제5 레이어의 길이를 나타내고, t G 는 상기 제5 레이어의 두께를 나타내며, w G 는 상기 제5 레이어의 폭을 나타낼 수 있다.
상기 무선 전력 수신기의 커패시턴스는 아래 수학식 8에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112019004331623-pat00008
상기 수학식 8에서 ε r 은 상대적 유전율을 나타내고, ε 0 은 자유 공간에서의 유전율을 나타내며, A mesh 는 상기 제1 레이어에 형성된 메쉬의 넓이를 나타내고, A intgnd 는 상기 제3 레이어의 넓이를 나타내고, t meshint 는 상기 제1 레이어와 제3 레이어 사이의 거리를 나타내고, t intgnd 는 상기 제3 레이어와 제5 레이어 사이의 거리를 나타낼 수 있다.
실시예들은 금속 표면파를 이용하여 무선 전력 전송을 구현할 수 있다. 금속 표면파란 금속 표면을 매개로 전파되는 전자기파이다. 특수 제작한 전력 송신기가 금속에 부착하여 동작을 하면 금속 표면파가 만들어지는데, 생성된 표면파는 금속의 표면을 타고 전파되면서, 금속이 작은 부분이라도 연결이 되어 있다면, 그 곳을 타고 전파 될 수 있다. 무선 전력 수신기의 위치에 상관없이 연결된 금속의 표면에 송신기와 수신기가 부착되어 있으면 표면파가 전달될 수 있다. 표면파 무선전력전송은 기존의 유선방식의 한계를 뛰어 넘고 기존의 무선전력전송 방식의 배치 자유도의 한계를 극복할 수 있다. 또한, 실시예들은 전력 전송기와 금속 표면 사이에서 전반사를 이용한 evanescent mode의 전자기파를 형성시켜 금속 표면 밖으로 방사되는 에너지를 막고 동시에 금속으로 이어진 곳이면 다양한 경로로 무선 전력 수신기까지 에너지 송신이 가능한 자유성을 보장할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2 내지 도 3은 일 실시예에 따른 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 시스템은 무선 전력 전송기(110), 무선 전력 수신기들(120-1 및 120-2), 금속(130), 및 절연체(140)를 포함한다. 도 1에는 2개의 무선 전력 수신기들(120-1 및 120-2)이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 사항일 뿐이다.
도 1에 도시된 예와 같이, 금속(130)은 특정 공간의 바닥 내부에 포함될 수 있다.
절연체(140)는 금속(130) 위에 위치할 수 있다. 달리 표현하면, 절연체(140)는 금속(130) 위에 덮여 있다. 절연체(140)의 두께는, 예를 들어, 0.5mm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
무선 전력 수신기들(120-1 및 120-2) 각각은, 예를 들어, 테이블에 위치할 수 있다.
무선 전력 전송기(110)가 전력을 출력하면, 해당 전력은 금속(130)과 절연체(140)를 통해 무선 전력 수신기들(120-1 및 120-2) 각각으로 전파된다. 다시 말해, 표면파 무선 전력 전송이 구현될 수 있다.
무선 전력 수신기들(120-1 및 120-2) 각각은 무선 전력을 수신하여 각 테이블에 설치된 배터리에 에너지를 저장할 수 있다.
무선 전력 전송기(110)와 무선 전력 수신기들(120-1 및 120-2) 각각은 안테나를 포함한다. 안테나는 복수의 레이어들을 포함한다. 이러한 안테나 구조를 통해 무선 전력 시스템의 무선 전력 전송 효율이 향상될 수 있다. 또한, 다수의 무선 전력 수신기들(120-1 및 120-2)에 무선 전력이 전달될 수 있다.
도 2 내지 도 3은 일 실시예에 따른 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 안테나(200)는 복수의 레이어들(210 내지 250)을 포함한다.
제1 레이어(210)는 복수의 천공된 홀 영역들을 포함한다. 도 2에 도시된 예와 같이, 제1 레이어(210)는 메쉬(mesh) 형태일 수 있다. 제1 레이어(210)는 최상단 레이어에 해당할 수 있다.
제2 레이어(220)는 절연 물질과 비아(via)를 포함한다. 도 2에 도시된 예와 같이, 제2 레이어(220)는 구리로 형성된 비아들(220-1 및 220-2)과 절연 물질을 포함할 수 있다.
제3 레이어(230)는 금속 물질로 구성된다. 도 2에 도시된 예와 같이, 제3 레이어(230)는 구리로 구성될 수 있다. 제3 레이어(230)는 중간(intermediate) 레이어에 해당할 수 있다.
제4 레이어(240)는 절연 물질로 구성된다.
제5 레이어(250)는 금속 물질로 구성된다. 도 2에 도시된 예와 같이, 제5 레이어(250)는 구리로 구성될 수 있다. 제5 레이어(250)는 그라운드(ground) 레이어에 해당할 수 있다.
도 3을 참조하면, 안테나(200)를 포함하는 무선 전력 수신기(또는 무선 전력 전송기)의 인덕턴스 L Rx 는 제1 레이어(210)의 인덕턴스 L mesh , 제3 레이어(230)의 인덕턴스 L m-i , 및 제5 레이어(250)의 인덕턴스 L G 를 기초로 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 전력 수신기(또는 무선 전력 전송기)의 인덕턴스는
Figure 112019004331623-pat00009
에 해당할 수 있다.
제1 레이어(210)의 인덕턴스 L mesh 는 아래 수학식 1에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112019004331623-pat00010
L mesh 의 단위는 μH일 수 있다.
위 수학식 1에서 g는 제1 레이어(210)에 형성된 메쉬들 사이의 제1 간격을 나타낼 수 있고, f는 주파수를 나타낼 수 있으며, k는 상수를 나타낼 수 있고, c는 빛의 속도를 나타낼 수 있고, a는 제1 레이어(210)에 형성된 메쉬들 사이의 제2 간격을 나타낼 수 있다.
제3 레이어(230)의 인덕턴스 L m-i 는 아래 수학식 2에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112019004331623-pat00011
L m-i 의 단위는 μH일 수 있다.
위 수학식 2에서 l i 는 제3 레이어(230)의 길이를 나타내고, t i 는 제3 레이어(230)의 두께를 나타내며, w i 는 제3 레이어(230)의 폭을 나타내고, l G 는 제5 레이어(250)의 길이를 나타낸다. 구현에 따라, 위 수학식 2에서 L m-I 결정 시 l G 대신에 l i 가 이용될 수 있다.
제5 레이어(250)의 인덕턴스 L G 는 아래 수학식 3에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112019004331623-pat00012
L G 의 단위는 μH일 수 있다.
수학식 3에서 l G 는 제5 레이어(250)의 길이를 나타내고, t G 는 제5 레이어(250)의 두께를 나타내며, w G 는 제5 레이어(250)의 폭을 나타낸다.
안테나(200)를 포함하는 무선 전력 수신기(또는 무선 전력 전송기)의 커패시턴스 C Rx 는 제1 내지 제3 레이어(210 내지 230)에 따른 커패시턴스 C mesh-int 와 제3 내지 제5 레이어(230 내지 250)에 따른 커패시턴스 C int-gnd 를 기초로 결정될 수 있다. 일례로, C Rx 는 아래 수학식 4에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112019004331623-pat00013
위 수학식 4에서 ε r 은 상대적 유전율을 나타내고, ε 0 은 자유 공간에서의 유전율을 나타낸다. 또한, 위 수학식 4에서 A mesh 는 제1 레이어(210)에 형성된 메쉬의 넓이를 나타내고, A intgnd 는 제3 레이어(230)의 넓이를 나타낸다. 또한, 위 수학식 4에서 t meshint 는 제1 레이어(210)와 제3 레이어(230) 사이의 거리를 나타내고, t intgnd 는 제3 레이어(230)와 제5 레이어(250) 사이의 거리를 나타낸다. 달리 표현하면, t meshint 는 제2 레이어(220)의 두께를 나타낼 수 있고, t intgnd 는 제4 레이어(240)의 두께를 나타낼 수 있다.
실시예에 있어서, 금속(130)의 존재는 공진 주파수의 결정에 큰 역할을 할 수 있다. 도 1을 통해 설명한 것과 같이, 금속(130) 위에 절연체(140)가 위치하고 절연체(140) 위에 무선 전력 전송기(110) 및 무선 전력 수신기들(120-1 및 120-2)이 위치할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 전송기(110)와 금속(130) 사이에 커패시턴스가 형성될 수 있고 무선 전력 수신기들(120-1 및 120-2) 각각과 금속(130) 사이에 커패시턴스가 형성될 수 있다.
무선 전력 전송기(110)와 금속(130) 사이의 커패시턴스 C Metal-Tx 는 아래 수학식 5에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112019004331623-pat00014
위 수학식 5에서 ε r 은 상대적 유전율을 나타내고, ε 0 은 자유 공간에서의 유전율을 나타낸다. 또한, 위 수학식 5에서, A metal-TRx 는 무선 전력 전송기(110)와 금속(130) 사이의 중첩 영역의 면적을 나타내고, t insulation 은 무선 전력 전송기(110)와 금속(130) 사이의 절연체(140)의 두께를 나타낸다.
무선 전력 수신기들(120-1 및 120-2) 각각과 금속(130) 사이에 커패시턴스 C Metal-Rx 는 C Metal-Tx 와 동일할 수 있다. 다시 말해, C Metal-Rx =C Metal-Tx 일 수 있다.
금속(130)의 인덕턴스 L Metal 은 아래 수학식 6에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112019004331623-pat00015
L Metal 의 단위는 μH일 수 있다.
위 수학식 6에서 l M 은 금속(130)의 길이를 나타내고, t M 은 금속(130)의 두께를 나타내며, w M 은 금속(130)의 폭을 나타낸다.
금속(130)의 저항 R metal 은 아래 수학식 7에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112019004331623-pat00016
위 수학식 7에서 ρ는 금속(130)의 저항률을 나타낸다.
실시예에 있어서, 무선 전력 시스템의 공진 주파수 f resonance 는 아래 수학식 8에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112019004331623-pat00017
위 수학식 8에서 μ 0 는 자유 공간에서의 투자율을 나타내고 A'는 상수를 나타내며, t total 은 무선 전력 전송기(110) 또는 무선 전력 수신기(120-1 또는 120-2)의 두께를 나타낼 수 있고 Area는 무선 전력 전송기(110) 또는 무선 전력 수신기(120-1 또는 120-2)의 면적을 나타낼 수 있다.
무선 전력 전송기(110)와 무선 전력 수신기들(120-1 및 120-2)의 동작은 반응성 근접장 성분의 일부인 에베네센트(evanescent) 영역을 기반으로 한다. 이에 따라, 공진 주파수는 무선 전력 전송기(110)와 무선 전력 수신기들(120-1 및 120-2)의 물리적 치수에 따라 달라질 수 있다. 주어진 면적 0.0225m2에서 무선 전력 전송기(110) 및 무선 전력 수신기들(120-1 및 120-2)의 두께는 0.003m인 경우, 공진 주파수는 13.33MHz일 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 수신기(400)는 안테나(410), 금속판(420), 인덕턴스(430), 커패시턴스(440), 및 정류기(450)를 포함한다. 금속판(420)은, 예를 들어, 구리판일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
안테나(410)는 안테나(200)의 제1 레이어(210) 내지 제4 레이어(240)를 포함할 수 있고, 금속판(420)은 안테나(200)의 제5 레이어(250)에 해당할 수 있다.
정류기(450)는 안테나(410), 금속판(420), 인덕턴스(430), 및 커패시턴스(440)를 통해 유도된 전류를 정류하여 부하에 전력을 공급할 수 있다. 도 4에 도시된 부하 대신에 배터리가 위치하여 배터리가 충전될 수 있다.
기존에는 수신단의 안테나 그라운드를 GI-sheet에 연결하여 수신단 크기가 커지는 문제가 있었다. 일 실시예는 안테나(410)에 금속판(420), 인덕턴스(430), 및 커패시턴스(440)를 이용하여 상술한 문제를 해결할 수 있다. 이에 따라, 일 실시예는 floating ground를 해결할 수 있고 무선 전력 송수신 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
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 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 무선 전력 수신기에 있어서,
    복수의 천공된 홀 영역들을 포함하는 제1 레이어, 절연 물질과 비아(via)를 포함하는 제2 레이어, 금속 물질로 구성되는 제3 레이어, 절연 물질로 구성되는 제4 레이어, 및 금속 물질로 구성되는 제5 레이어를 포함하는 안테나
    를 포함하고,
    상기 무선 전력 수신기의 인덕턴스는 제1 레이어의 인덕턴스, 상기 제3 레이어의 인덕턴스, 및 상기 제5 레이어의 인덕턴스를 기초로 결정되고,
    상기 무선 전력 수신기의 커패시턴스는 상기 제1 내지 제3 레이어에 따른 커패시턴스 및 상기 제3 내지 제5 레이어에 따른 커패시턴스를 기초로 결정되는,
    무선 전력 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기의 인덕턴스는 상기 제1 레이어의 인덕턴스, 상기 제3 레이어의 인덕턴스, 및 상기 제5 레이어의 인덕턴스의 병렬 연결에 따른 합성 인덕턴스에 해당하는,
    무선 전력 수신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이어의 인덕턴스 L mesh 는 아래 수학식 1에 따라 결정되고,
    [수학식 1]
    Figure 112019004331623-pat00018

    상기 수학식 1에서 g는 상기 제1 레이어에 형성된 메쉬들 사이의 제1 간격을 나타내고, f는 주파수를 나타내며, k는 상수를 나타내고, c는 빛의 속도를 나타내고, a는 상기 메쉬들 사이의 제2 간격을 나타내는,
    무선 전력 수신기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 레이어의 인덕턴스 L m-i 는 아래 수학식 2에 따라 결정되고,
    [수학식 2]
    Figure 112019004331623-pat00019

    상기 수학식 2에서, l i 는 상기 제3 레이어의 길이를 나타내고, t i 는 상기 제3 레이어의 두께를 나타내며, w i 는 상기 제3 레이어의 폭을 나타내고, l G 는 상기 제5 레이어의 길이를 나타내는,
    무선 전력 수신기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제5 레이어의 인덕턴스 L G 는 아래 수학식 3에 따라 결정되고,
    [수학식 3]
    Figure 112019004331623-pat00020

    상기 수학식 3에서, l G 는 상기 제5 레이어의 길이를 나타내고, t G 는 상기 제5 레이어의 두께를 나타내며, w G 는 상기 제5 레이어의 폭을 나타내는,
    무선 전력 수신기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기의 커패시턴스는 상기 제1 내지 제3 레이어에 따른 커패시턴스 및 상기 제3 내지 제5 레이어에 따른 커패시턴스의 직렬 연결에 따른 합성 커패시턴스에 해당하는,
    무선 전력 수신기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기의 커패시턴스는 아래 수학식 4에 따라 결정되고,
    [수학식 4]
    Figure 112019004331623-pat00021

    상기 수학식 4에서 ε r 은 상대적 유전율을 나타내고, ε 0 은 자유 공간에서의 유전율을 나타내며, A mesh 는 상기 제1 레이어에 형성된 메쉬의 넓이를 나타내고, A intgnd 는 상기 제3 레이어의 넓이를 나타내고, t meshint 는 상기 제1 레이어와 제3 레이어 사이의 거리를 나타내고, t intgnd 는 상기 제3 레이어와 제5 레이어 사이의 거리를 나타내는,
    무선 전력 수신기.
  8. 전력을 출력하는 무선 전력 전송기; 및
    금속 및 유전체를 통해 전파되는 상기 전력을 수신하는 무선 전력 수신기
    를 포함하고,
    상기 무선 전력 수신기는 복수의 천공된 홀 영역들을 포함하는 제1 레이어, 절연 물질과 비아(via)를 포함하는 제2 레이어, 금속 물질로 구성되는 제3 레이어, 절연 물질로 구성되는 제4 레이어, 및 금속 물질로 구성되는 제5 레이어를 포함하는 안테나를 포함하고,
    상기 무선 전력 수신기의 인덕턴스는 제1 레이어의 인덕턴스, 상기 제3 레이어의 인덕턴스, 및 상기 제5 레이어의 인덕턴스를 기초로 결정되고,
    상기 무선 전력 수신기의 커패시턴스는 상기 제1 내지 제3 레이어에 따른 커패시턴스 및 상기 제3 내지 제5 레이어에 따른 커패시턴스를 기초로 결정되는,
    무선 전력 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 레이어의 인덕턴스 L mesh 는 아래 수학식 1에 따라 결정되고,
    [수학식 5]
    Figure 112019004331623-pat00022

    상기 수학식 5에서 g는 상기 제1 레이어에 형성된 메쉬들 사이의 제1 간격을 나타내고, f는 주파수를 나타내며, k는 상수를 나타내고, c는 빛의 속도를 나타내고, a는 상기 메쉬들 사이의 제2 간격을 나타내는,
    무선 전력 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제3 레이어의 인덕턴스 L m-i 는 아래 수학식 2에 따라 결정되고,
    [수학식 6]
    Figure 112019004331623-pat00023

    상기 수학식 6에서, l i 는 상기 제3 레이어의 길이를 나타내고, t i 는 상기 제3 레이어의 두께를 나타내며, w i 는 상기 제3 레이어의 폭을 나타내고, l G 는 상기 제5 레이어의 길이를 나타내는,
    무선 전력 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제5 레이어의 인덕턴스 L G 는 아래 수학식 3에 따라 결정되고,
    [수학식 7]
    Figure 112019004331623-pat00024

    상기 수학식 7에서, l G 는 상기 제5 레이어의 길이를 나타내고, t G 는 상기 제5 레이어의 두께를 나타내며, w G 는 상기 제5 레이어의 폭을 나타내는,
    무선 전력 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기의 커패시턴스는 아래 수학식 4에 따라 결정되고,
    [수학식 8]
    Figure 112019004331623-pat00025

    상기 수학식 8에서 ε r 은 상대적 유전율을 나타내고, ε 0 은 자유 공간에서의 유전율을 나타내며, A mesh 는 상기 제1 레이어에 형성된 메쉬의 넓이를 나타내고, A intgnd 는 상기 제3 레이어의 넓이를 나타내고, t meshint 는 상기 제1 레이어와 제3 레이어 사이의 거리를 나타내고, t intgnd 는 상기 제3 레이어와 제5 레이어 사이의 거리를 나타내는,
    무선 전력 시스템.
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