KR20120033756A - 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템은 전자기장 발생기로부터 발생된 전자기장을 송신하는 송신 코일 및 그 송신 코일을 통해 송신되는 전자기장을 강화하는 송신부 공진 코일을 구비하는 송전부; 및 상기 송전부의 송신 코일로부터 송신된 전자기장을 수신하는 수신 코일 및 그 수신 코일에 의해 수신된 전자기장을 강화하는 수신부 공진 코일을 구비하는 수전부를 포함하며, 상기 수전부의 수신부 공진 코일에는 인덕턴스와 커패시턴스에 의한 공진에 있어서 커패시턴스의 가변을 위한 별도의 가변 커패시터가 설치된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 수전부의 수신부 공진 코일에 인덕턴스와 커패시턴스에 의한 공진(LC 공진)에 있어서 커패시턴스의 가변을 위한 별도의 가변 커패시터가 설치되어 있어, 주변의 환경변화에 의한 공진주파수 부정합 상황이 발생할 경우, 가변 커패시터를 적당히 조정하여 커패시턴스를 변경시겨 줌으로써 부정합 상태를 실시간으로 최적의 정합 상태로 만들 수 있다.

Description

전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템{WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM BY USING ELECTROMAGNETIC RESONANCE MODE}

본 발명은 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템에 관한 것으로서, 특히 주변의 환경변화에 의한 공진주파수 부정합 상태를 수신부 공진코일의 커패시턴스의 가변을 통해 실시간으로 최적의 정합 상태로 만들 수 있는 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템에 관한 것이다.

오늘날 정보통신 분야는 매우 빠른 속도로 발전하고 있다. 전기, 전자, 통신, 반도체 등이 종합적으로 혼합된 다양한 기술들이 지속적으로 개발되고 있고, 전자기기들의 모바일화 경향이 증대함에 따라 통신분야에 있어서도 무선 통신 및 무선 전력전송 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다. 특히 전자기기에 무선으로 전력을 공급하는 방안에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 같은 무선 전력전송은 전력을 공급하는 송전단과 전력을 공급받는 전자기기(수전단) 간에 물리적인 접촉이 없이 자기 결합(inductive coupling), 용량 결합(capacitive coupling) 또는 안테나 등의 전자기 공진 구조를 이용하여 공간을 통해 전력을 무선으로 공급(전송)하는 것이다.

일반적으로, 전자기 공진 방식의 무선 전력전송 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 전자기장 발생기로부터 발생한 전자기장을 송신하는 송신 코일 및 송신 코일을 통해 송신되는 전자기장을 강화하는 송신부 공진 코일을 구비하는 송전부와, 송신 코일로부터 송신된 전자기장을 수신하는 수신 코일 및 수신 코일에 의해 수신된 전자기장을 강화하는 수신부 공진 코일을 구비하는 수전부로 구성된다.

이상과 같은 전자기 공진 방식의 무선 전력전송 시스템에 있어서, 송전부로부터 무선 전송된 전기에너지를 수전부에서 수신하는 과정에서 주변 환경의 변화(예를 들면, 사람이 근접해 있거나 기타 전자기파에 영향을 미치는 어떤 물리적 매개체가 존재하는 경우 등)에 따라 공진 주파수가 영향을 받게 되며, 이에 따라 수전부에서 공진 주파수 부정합(mismatching)이 발생하여 수전 효율이 저하되고, 그 결과 불필요하게 소모되는 전력이 증가하게 되는 문제가 있다.

본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 전자기 공진 방식의 무선 전력전송 시스템에서 주변의 환경변화에 의한 공진주파수 부정합을 수신부 공진코일의 커패시턴스의 가변을 통해 실시간으로 최적의 정합으로 유도할 수 있는 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템은,

전자기장 발생기로부터 발생된 전자기장을 송신하는 송신 코일 및 그 송신 코일을 통해 송신되는 전자기장을 강화하는 송신부 공진 코일을 구비하는 송전부; 및

상기 송전부의 송신 코일로부터 송신된 전자기장을 수신하는 수신 코일 및 그 수신 코일에 의해 수신된 전자기장을 강화하는 수신부 공진 코일을 구비하는 수전부를 포함하며,

상기 수전부의 수신부 공진 코일에는 인덕턴스와 커패시턴스에 의한 공진에 있어서 커패시턴스의 가변을 위한 별도의 가변 커패시터가 설치되는 되는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 가변 커패시터는 상기 수전부의 수신부 공진 코일에 대하여 병렬 접속 관계를 갖도록 설치될 수 있다.

또한, 상기 가변 커패시터는 상기 수전부의 수신부 공진 코일에 대하여 직렬 접속 관계를 갖도록 설치될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 수전부의 수신부 공진 코일에 인덕턴스와 커패시턴스에 의한 공진(LC 공진)에 있어서 커패시턴스의 가변을 위한 별도의 가변 커패시터가 설치되어 있어, 주변의 환경변화에 의한 공진주파수 부정합 상황이 발생할 경우, 가변 커패시터를 적당히 조정하여 커패시턴스를 변경시겨 줌으로써 부정합 상태를 실시간으로 최적의 정합 상태로 만들 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템의 구성을 개요적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템의 수신부 공진 코일에 별도의 가변 커패시터가 병렬로 접속된 상태를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템의 수신부 공진 코일에 별도의 가변 커패시터가 직렬로 접속된 상태를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템에 의한 무선 전력 송수신에 있어서의 공진주파수 부정합 상태를 정합 상태로 만드는 과정을 도식적으로 설명하는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템은 크게 송전부(110)와 수전부(120)를 포함한다.

상기 송전부(110)는 전자기장 발생기(101)로부터 발생된 전자기장을 송신하는 송신 코일(111)과, 그 송신 코일(111)을 통해 송신되는 전자기장을 강화하는 송신부 공진 코일(112)을 구비한다.

상기 수전부(120)는 상기 송전부(110)의 송신 코일(111)로부터 송신된 전자기장을 수신하는 수신 코일(121) 및 그 수신 코일(121)에 의해 수신된 전자기장을 강화하는 수신부 공진 코일(122)을 구비한다.

또한, 상기 수전부(120)의 수신부 공진 코일(122)에는 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C)에 의한 공진(즉, LC 공진)에 있어서 커패시턴스의 가변을 위한 별도의 가변 커패시터(123)(도 3 및 도 4 참조)가 설치된다.

여기서, 상기 가변 커패시터(123)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 수전부 (120)의 수신부 공진 코일(122)(LC 공진 탱크)에 대하여 병렬 접속 관계를 갖도록 설치될 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 수전부(120)의 수신부 공진 코일(122)에 대하여 직렬 접속 관계를 갖도록 설치될 수도 있다.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템의 동작에 대해 간략히 설명해 보기로 한다.

무선 전력전송을 위해 전자기장 발생기(101)로부터 전자기장(고주파 전자기파)이 발생하면, 송전부(110)의 송신 코일(111)은 이를 무선 송신한다. 이때 송신 코일(111)을 통해 송신되는 전자기장(고주파 전자기파)을 보다 멀리 송신할 수 있도록 하기 위해 송신부 공진 코일(112)에 의해 전자기장을 강화하여 송신한다.

이렇게 하여 송전부(110)로부터 전자기장이 송신(전기에너지가 전송)되면, 수전부(120)의 수신 코일(121)은 그 전자기장을 수신하고, 수신 코일(121)에 의해 수신된 전자기장을 수신부 공진 코일(122)에 의해 강화한다. 수전부(120)에서 이와 같이 수신된 전자기장을 강화하는 이유는 송전부(110)로부터 무선 송신된 전력(전기에너지)의 수전 효율을 높이기 위한 것이다.

한편, 이상과 같은 일련의 무선 전력 전송(송신) 및 수신 과정에서, 주변 환경의 변화(예를 들면, 사람이 근접해 있거나 기타 전자기파에 영향을 미치는 어떤 물리적 매개체가 존재하는 경우 등)에 따라 공진 주파수가 영향을 받을 수 있으며, 이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이, 수전부에서 공진 주파수 부정합(mismatching)이 발생하여 수전 효율이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 전술한 바와 같이, 수전부(120)의 수신부 공진 코일(122)에 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C)에 의한 공진(즉, LC 공진)에 있어서 커패시턴스의 가변을 위한 별도의 가변 커패시터(123)(도 3 및 도 4 참조)를 구비하고 있으며, 따라서 위의 설명과 같이 공진 주파수 부정합(mismatching)이 발생할 경우, 가변 커패시터 (123)를 적당히 조정하여 커패시턴스를 가변시킴으로써, 부정합 상태를 실시간으로 최적의 정합 상태로 만들 수 있다(도 5에서 우측 그림 참조). 그리고, 이에 따라 종래와 같은 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있게 된다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

101...전자기장 발생기 110...송전부
111...송신 코일 112...송신부 공진 코일
120...수전부 121...수신 코일
122...수신부 공진 코일

Claims (3)

1. 전자기장 발생기로부터 발생된 전자기장을 송신하는 송신 코일 및 그 송신 코일을 통해 송신되는 전자기장을 강화하는 송신부 공진 코일을 구비하는 송전부; 및
   상기 송전부의 송신 코일로부터 송신된 전자기장을 수신하는 수신 코일 및 그 수신 코일에 의해 수신된 전자기장을 강화하는 수신부 공진 코일을 구비하는 수전부를 포함하며,
   상기 수전부의 수신부 공진 코일에는 인덕턴스와 커패시턴스에 의한 공진에 있어서 커패시턴스의 가변을 위한 별도의 가변 커패시터가 설치되는 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가변 커패시터는 상기 수전부의 수신부 공진 코일에 대하여 병렬 접속 관계를 갖도록 설치되는 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가변 커패시터는 상기 수전부의 수신부 공진 코일에 대하여 직렬 접속 관계를 갖도록 설치되는 전자기 공진방식의 무선 전력전송 시스템.

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