KR20110077130A - 근접 필드 포커싱을 이용한 무선 전력 전송 장치 - Google Patents

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Abstract

근접 필드 포커싱을 이용한 무선 전력 전송 장치가 개시된다.
무선 전력 전송 장치는, 타겟 장치로 무선 전력을 전송하는 전원 공진기를 포함하는 소스부를 포함한다. 또한, 무선 전력 전송 장치는, 상기 전원 공진기의 전방향으로 방사되는 마그네틱 필드의 근접필드(near field)를 상기 타겟 장치로 포커싱(focusing)하는 근접필드 포커싱부를 포함한다.
근접필드(near field), 무선 전력 전송, 공진기

Description

근접 필드 포커싱을 이용한 무선 전력 전송 장치{WIRELESS POWER TRANSMISSION APPARATUS USING NEAR FIELD FOCUSING}
기술분야는 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 무선 전력 전송 시스템에 있어서, 근접 필드 포커싱을 이용하여 공진기에서 발생되는 마그네틱 필드의 방향을 제어 할 수 있는 무선 전력 전송 장치가 개시된다.
IT 기술 발전과 함께 다양한 휴대용 전자제품이 출시되었고, 이들의 보급도 늘고 있다. 휴대용 전자제품의 특성 상, 해당 휴대용 전자제품의 배터리 성능이 중요한 문제로 대두되고 있다. 휴대용 전자제품뿐 아니라 생활가전제품에서 데이터를 무선으로 전송하는 기능이 제공되고 있으나, 전력(power)은 전력선(power line)을 통하여 제공 받는다.
최근 들어 무선으로 전력을 공급할 수 있는 무선 전력 전송 기술 (wireless power transmission)이 연구되고 있다. 무선 전력 전송 환경의 특성 상, 무선 전력 전송 장치의 마그네틱 필드에 의하여, 주변 장치들은 영향을 받게 된다.
본 명세서에서는 무선 전력 전송 환경의 특성을 고려하여, 주변 장치들에 미치는 영향을 줄일 수 있는 무선 전력 전송 장치를 제안한다.
본 발명의 일측에 따른 무선 전력 전송 장치는, 타겟 장치로 무선 전력을 전송하는 전원 공진기를 포함하는 소스부 및 상기 전원 공진기의 전방향으로 방사되는 마그네틱 필드의 근접필드(near field)를 상기 타겟 장치측으로 포커싱(focusing)하는 근접필드 포커싱부를 포함한다.
상기 근접필드 포커싱부는, 음의 굴절 특성을 갖는 메타-수퍼스트레이트(Meta-Superstrate)로 구성될 수 있다.
상기 근접필드 포커싱부는, 빔 포밍(beam forming) 특성을 갖는 MNZ(Mu Near Zero) 또는 ENG(Epsilon Near Zero) 수퍼스트레이트로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 일측에 따른 무선 전력 전송 장치는, 높은 임피던스 표면(HIS, High Impedance Suffice) 특성을 갖도록 설계된 근접필드 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 근접 필드 제어부는, 상기 소스부의 마그네틱 필드가 인-페이즈(in-phase) 특성을 갖도록 설계될 수 있다.
상기 근접 필드 제어부는, 상기 소스부의 측면 마그네틱 필드의 방향을 제어하는 사이드 포커싱부; 및 상기 소스부의 후면 마그네틱 필드의 방향을 제어하는 후면 포커싱부를 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 시 원하지 않는 방향으로 나가는 마그네틱 필드를 타겟 장치 측으로 포커싱 할 수 있다. 이에 따라, 에너지 전송 효율을 높이고, 주변 기기에 미치는 간섭을 최소화 할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치로부터 타겟 장치로 전력을 무선 전송하는 동작을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치(110)는 타겟 장치(120)에게 전력을 무선 전송한다. 무선 전력 전송 장치(110)는 전원 공진기(source resonator)(111)를 포함하며, 타겟 장치(120)는 대상 공진기(target resonator)(121)를 포함한다. 무선 전력 전송 장치(110)는 휴대용 단말기에 일 모듈의 형태로 삽입되도록 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(210)는 소스부(211) 및 근접필드 포커싱부(213)를 포함한다.
소스부(211)는 타겟 장치(120)로 무선 전력을 전송하는 전원 공진기를 포함한다. 또한, 소스부(211)는 타겟 장치(120)의 위치 또는 방향을 측정하기 위한 수 단을 포함할 수 있다. 이때, 타겟 장치(120)의 위치 또는 방향을 측정하기 위한 수단은, 타겟 장치(120)와의 통신 채널을 통하여 위치 정보를 수신하는 통신 모듈일 수 있다. 또한, 타겟 장치(120)의 위치 또는 방향을 측정하기 위한 수단은, 타겟 장치(120)별로 기 설정된 방향을 검출하는 수단일 수 있다.
근접필드 포커싱부(213)는 전원 공진기의 전방향으로 방사되는 마그네틱 필드의 근접필드(near field)를 타겟 장치(120)측으로 포커싱(focusing)한다. 근접필드 포커싱부(213)는 도 3에 도시한 바와 같이, 음의 굴절 특성(negative refractive index)을 갖는 메타-수퍼스트레이트(Meta-Superstrate)로 구성될 수 있다. 이때, 음의 굴절 특성을 갖는 메타-수퍼스트레이트(Meta-Superstrate)는 도 3의 실선 화살표로 표시된 바와 같이, 점선화살표로 표시된 일반적인 매질과는 반대 방향으로 입사 파(wave)를 투과시키는 특성을 갖는다. 따라서, 음의 굴절 특성을 갖는 메타-수퍼스트레이트에 의하여 마그네틱 필드의 근접필드는 타겟장치(120) 측으로 포커싱 될 수 있다.
한편, 근접필드 포커싱부(213)는 도 4에 도시한 바와 같이, 빔 포밍(beam forming) 특성을 갖는 MNZ(Mu Near Zero) 또는 ENG(Epsilon Near Zero) 수퍼스트레이트로 구성될 수 있다. 이때, MNZ(Mu Near Zero) 또는 ENG(Epsilon Near Zero) 수퍼스트레이트는 실선 화살표로 표시된 바와 같이, 점선화살표로 표시된 일반적인 매질과는 달리, 웨이브(wave)의 입사각에 상관 없이 입사된 웨이브를 투과면에 직각으로 투과시키는 특성을 갖는다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 근접필드 포커싱부(213)는 타겟장치(120) 측으로 구부러진 형상으로 구비될 수 있으며, 이 때, 근접필드는 근접필드 포커싱부(213)의 투과면에 직각으로 형성될 수 있다.
근접필드 포커싱부(213)는 무선 전력 전송 시 원하지 않는 방향으로 방사되는 마그네틱 필드를 타겟 장치로 포커싱한다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 방사되는 에너지로 인한 주변 기기에 미치는 간섭(interference)를 방지할 수 있다. 또한, 전원 공진기의 전방향으로 방사되는 마그네틱 필드의 근접필드(near field)를 타겟 장치(120)측으로 포커싱(focusing)함으로써, 에너지 전송 효율을 증가시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 전송 장치(610)는 소스부(211), 근접필드 포커싱부(213) 및 근접필드 제어부(615)를 포함한다. 도 6에 도시된 소스부(211) 및 근접필드 포커싱부(213)는 도 2 내지 도 5에 도시된 소스부(211) 및 근접필드 포커싱부(213)와 동일한 구성을 나타낸다.
근접필드 제어부(615)는 높은 임피던스 표면(HIS, High Impedance Suffice) 특성을 갖도록 설계될수 있다. 이에 따라, 근접필드 제어부(615)는 Ground Effect를 최소화 함으로써, 전원 공진기의 공진 주파수나 Q-factor의 변화를 최소화 시킬 수 있다.
이때, High Impedance Suffice 특성은, 소스부(211)의 공진 주파수를 고려하여 설계될 수 있다. 즉, 근접필드 제어부(615)는 소스부(211)의 마그네틱 필드가 인-페이즈(in-phase) 특성을 갖도록 설계될 수 있다. 근접필드 제어부(615)가 High Impedance Suffice 특성을 갖는 경우, 소스부(211)에서 발생되는 마그네틱 필드는 근접필드 제어부(615)에 대하여 in-phase 특성을 갖게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 마그네틱 필드에 민감한 주변 장치에 미치는 영향을 최소화 할 수 있다.
이때, 근접필드 제어부(615)는 사이드 포커싱부, 후면 포커싱부 및 방향조정부를 포함하여 구성될 수 있다. 사이드 포커싱부는, 도 6에 도시된 바와 같이, 소스부(211)의 측면 마그네틱 필드가 타겟 장치로 포커싱 되도록, 소스부(211)의 측면 마그네틱 필드의 방향을 제어할 수 있다. 후면 포커싱부는, 도 6에 도시된 바와 같이, 소스부(211)의 후면 마그네틱 필드가 타겟 장치로 포커싱 되도록, 소스부(211)의 후면 마그네틱 필드의 방향을 제어할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치로부터 타겟 장치로 전력을 무선 전송하는 동작을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸다.
도 3 내지 도 5는 도 2의 근접필드 포커싱부의 구성 예들을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸다.

Claims (6)

  1. 타겟 장치로 무선 전력을 전송하는 전원 공진기를 포함하는 소스부; 및
    상기 전원 공진기의 전방향으로 방사되는 마그네틱 필드의 근접필드(near field)를 상기 타겟 장치측으로 포커싱(focusing)하는 근접필드 포커싱부를 포함하는, 무선 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 근접필드 포커싱부는,
    음의 굴절 특성을 갖는 메타-수퍼스트레이트(Meta-Superstrate)로 구성되는, 무선 전력 전송 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 근접필드 포커싱부는,
    빔 포밍(beam forming) 특성을 갖는 MNZ(Mu Near Zero) 또는 ENG(Epsilon Near Zero) 수퍼스트레이트로 구성되는, 무선 전력 전송 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    높은 임피던스 표면(HIS, High Impedance Suffice) 특성을 갖도록 설계된 근접필드 제어부를 더 포함하는, 무선 전력 전송 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 근접 필드 제어부는,
    상기 소스부의 마그네틱 필드가 인-페이즈(in-phase) 특성을 갖도록 설계되는, 무선 전력 전송 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 근접 필드 제어부는,
    상기 소스부의 측면 마그네틱 필드의 방향을 제어하는 사이드 포커싱부; 및
    상기 소스부의 후면 마그네틱 필드의 방향을 제어하는 후면 포커싱부를 포함하는, 무선 전력 전송 장치.
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